編號：NMJS07089
篇名：納米結(jié)構(gòu)超疏水表面冷凝現(xiàn)象的三維格子玻爾茲曼方法模擬
作者：胡夢丹 張慶宇 孫東科 朱鳴芳
關(guān)鍵詞： 納米結(jié)構(gòu) 冷凝 超疏水 格子玻爾茲曼方法
機(jī)構(gòu)： 江蘇省先進(jìn)金屬材料高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
摘要： 采用三維多相流格子玻爾茲曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM),對納米結(jié)構(gòu)超疏水表面液滴的冷凝行為進(jìn)行模擬研究.通過Laplace定律和光滑表面的本征接觸角理論對三維LBM模型進(jìn)行定量驗(yàn)證.模擬分析了超疏水表面納米陣列的幾何尺寸和潤濕性的局部不均勻性對冷凝液滴形核位置和最終潤濕狀態(tài)的影響規(guī)律.結(jié)果表明,較高的納米陣列使液滴在納米結(jié)構(gòu)間隙的上部側(cè)面和底部優(yōu)先形核長大,通過采用上下不均勻的間隙可避免液滴在底部形核長大,而在上部側(cè)面形核的冷凝液滴在生長過程中向上運(yùn)動,其潤濕狀態(tài)由Wenzel態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镃assie態(tài);較低的納米陣列使液滴在納米結(jié)構(gòu)底部優(yōu)先形核長大,液滴的最終潤濕狀態(tài)為Wenzel態(tài);潤濕性不均勻的納米結(jié)構(gòu)表面使液滴在陣列頂端親水位置處優(yōu)先形核長大,成為Cassie態(tài).冷凝液滴在不同幾何尺寸的納米結(jié)構(gòu)表面上的最終潤濕狀態(tài)的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好.通過模擬還發(fā)現(xiàn),冷凝液滴在生長過程中的運(yùn)動行為與液滴統(tǒng)計(jì)平均作用力的變化有關(guān).本文的LBM模擬再現(xiàn)了三維空間中液滴的形核、長大和潤濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變等物理現(xiàn)象.
