超疏水表面撞击液滴运动的特性分析

【作者】 沈一洲； 刘森云； 朱春玲； 陶杰； 王冠宇；

【机构】 南京航空航天大学航空宇航学院人机与环境工程系； 南京航空航天大学材料科学与技术学院材料系；

【摘要】 开展撞击液滴在固体表面的运动特性研究,对飞机表面被动结冰防护技术的发展具有重要的理论意义。本文主要通过实验研究与数值模拟的手段,分析讨论了液滴撞击分级粗糙结构超疏水表面过程中的运动特性。以Ti6A14V为基体经过喷砂处理形成微米级粗糙结构,然后在1M的低浓度NaOH溶液中水热生长一层一维纳米线,构建出微/纳米复合粗糙结构并氟化修饰获得超疏水表面。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)观察了微观形貌的变化规律,利用动态视频接触角测量仪表征试样表面液滴表观接触角与接触角滞后。在此基础上,利用高速摄像技术记录了撞击液滴在超疏水表面的运动过程,重点分析了液滴的铺展与收缩过程及其涉及到的能量耗散问题,并提出利用撞击液滴的接触时间来进一步评价超疏水固体表面动态斥水性能。基于固体表面润湿滞后性与动态撞击液滴的固-液接触时间之间的关系,确定撞击液滴的固-液接触时间(最短大约12 ms)或接触过程主要取决于试样表面的液滴动态接触角或接触角滞后,而不是静态表观接触角。此外,通过设计一定的宏观结构,改变撞击液滴的流体力学行为,使撞击液滴的收缩过程提前发生,缩短撞击液滴的固-液接触时间,甚至达到一个极限接触时间("十"字形宏观结构的作用下),即理论计算的铺展时间(5.4~5.5ms)。更多还原