編號(hào)：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(mèng)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(duì)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(duì)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(rùn)濕性的局部不均勻性對(duì)冷凝液滴形核位置和最終潤(rùn)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?jī)?yōu)先形核長(zhǎng)大,通過采用上下不均勻的間隙可避免液滴在底部形核長(zhǎng)大,而在上部側(cè)面形核的冷凝液滴在生長(zhǎng)過程中向上運(yùn)動(dòng),其潤(rùn)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?jī)?yōu)先形核長(zhǎng)大,液滴的最終潤(rùn)濕狀態(tài)為Wenzel態(tài);潤(rùn)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(zhǎng)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(rùn)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(zhǎng)過程中的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)大和潤(rùn)濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變等物理現(xiàn)象.
