黄桥高，潘 光

（西北工业大学航海学院，西安710072）

疏水表面流体流动特性的格子Boltzmann方法模拟

黄桥高，潘 光

（西北工业大学航海学院，西安710072）

采用格子Boltzmann方法研究了微形貌对固体表面润湿性的影响，在此基础上进一步模拟了具有微形貌的疏水表面通道内的流体流动，从法向速度、剪应力、滑移速度等角度分析了疏水表面的流场特性，揭示了疏水表面滑移流动的产生机制。结果表明，疏水表面的滑移流动是由低表面能作用和微形貌共同引起的。具有微形貌的疏水表面比光滑疏水表面具有更好的减阻效果，原因在于微形貌能够驻留气体，形成的气液自由剪切面加剧了疏水表面的滑移流动，最大滑移速度可以达到主流平均速度的50%左右。

疏水表面；格子Boltzmann方法；微形貌；滑移流动；减阻

0 引 言

在经典宏观流体力学的教科书和科技论文中，几乎都有一个相同的假设：在固体和流体的交界面上没有滑移，即固体和流体在交界面上没有相对运动，这就是所谓的无滑移边界条件。但是对于微纳米尺度流动，系统极大的面体比使得表面属性成为影响流动的主导因素，即使是流体在固体壁面纳米量级的滑移也会给流体输运带来重要影响[1-2]。疏水表面的减阻作用就是由这种滑移效应引起的[3-6]。

疏水表面上的滑移流动现象已在诸多实验中被证实。Balasubramanian[7]采用PIV技术对附有人工疏水涂层的玻璃平板进行了流场测试，发现在硬件设备所能分辨的最靠近平板壁面处，流体速度不为零，即产生了滑移。……