水滴撞击运动超疏水表面特性及其调控OA

结冰给航空安全带来了重大挑战,超疏水表面能够使撞击壁面的水滴回弹脱离进而实现防冰,因此受到广泛关注。风力机、飞行器等发生结冰时,水滴粒径大多为微米至数十微米,壁面往往处于运动状态,而微米级水滴撞击运动超疏水表面的特性尚缺乏实验研究。本文设计了微米级水滴撞击运动超疏水表面实验台,通过高速摄影发现微米级水滴撞击超疏水表面的接触时间会在表面切向速度较高时显著增大(78%),与毫米级水滴的结果相反。进一步地,通过数值模拟深入分析了水滴撞击运动超疏水表面的过程,揭示了壁面运动对水滴撞击特性的影响。除了使水滴整体向壁面运动方向移动之外,壁面运动对微米级水滴撞击运动超疏水表面的影响主要有3个方面:延长质心下降过程、将水滴质量从展向向流向转移,以及改变水滴铺展及回缩特性。分析得出,超疏水表面高速运动对微米级水滴接触时间的延长是由于其对水滴前缘的剧烈拉伸;通过对水滴施加合成双射流降低水滴与壁面之间的切向相对撞击速度,可将接触时间降低28%。本文深化了对运动壁面上微米级水滴撞击动力学的理解,并为发展主动、高效的超疏水表面防除冰技术提供了新的思路。