不同壁面取向下超疏水平面直轨道上的气泡滑移

作     者：叶煜航 凃程旭 包福兵 汪钰锟 杨森森 Ye Yuhang;Tu Chengxu;Bao Fubing;Wang Yukun;Yang Sensen

作者机构：中国计量大学杭州310018 浙江利欧泵业有限公司浙江温岭317500 浙江大学杭州310027 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2021年第53卷第4期

页      面：962-972页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家重点研发(2017YFB0603701) 国家自然科学基金(11972334,11672284)资助项目 

主　　题：气泡 超疏水轨道 壁面取向 轨道倾角 

摘      要：利用特定几何分布的超疏水表面实现气泡定向输运在矿物浮选和生物孵化等领域具有广阔的应用前景,对平面直线超疏水轨道而言,其壁面取向是相关工程结构的关键参数,但超疏水壁面取向对倾斜壁面气泡滑移的影响尚不明确.本文采用高速阴影成像系统研究了不同壁面取向(-90°≤β≤90°)及轨道倾角(45°≤α≤75°)下,气泡(Deq=2.4 mm,Re=500-700,We=7-13)在轨道宽度为2 mm的超疏水直线轨道上的运动特性.气泡在轨道上的滑移近似为匀速,形状为具有多脊的半子弹型.根据气液界面波动程度的不同,滑移气泡可分为波动型和稳定型,稳定型气泡只在较小倾角且较大方位角时出现(45°≤α70°,|β|≥45°).根据倾角不同,滑移速度关于β有2种变化规律:当α≤65°,气泡滑移速度近似为关于β=0°的单峰分布(β=0°时,气泡滑移速度最大);当α≥70°,气泡滑移速度在不同的方位角下基本保持稳定.气泡的最大滑移速度可达0.66 m/s(β=0°,α=70°),远大于相同尺度的自由上升气泡(≈0.25 m/s),这主要是壁面浸润性分布和惯性力的耦合效应所致.轨道取向(方位角β)及轨道倾角(α)通过改变气泡沿轨道方向的驱动力和气泡迎风面积影响气泡的滑移速度和气液界面稳定性.