王宇航 袁猛 明平剑

1) (哈尔滨工程大学动力与能源工程学院, 哈尔滨 150001)

2) (中山大学中法核工程与技术学院, 珠海 519082)

1 引 言

在滴状凝结过程中, 具有较低的固-液黏附力的超疏水表面上微尺度的液滴能因聚并诱导而发生自推进式的跳离表面行为[1-5].液滴聚并后释放的过剩表面能可以转化为弹跳所需的动能, 促使聚并后的液滴在不借助外力(甚至可以忽略重力影响)的条件下能自发地跳离冷凝表面.近年来的研究发现, 聚并后液滴自弹跳行为在强化滴状冷凝换热[6-8]、自清洁[9-11]、防冰[12]和热点冷却[13]等方面具有巨大的潜在应用前景, 因此相关问题受到了广泛的关注.

Boreyko和Chen[1]在具有微纳米二级结构的超疏水表面上进行冷凝实验时, 首次发现微米尺度的两个液滴在聚并后可以跳离表面这一现象.他们将这一过程分为初始成核、固定聚并和移动聚并这三个阶段, 并从能量守恒的角度解释了液滴聚并自弹跳这一行为: 聚并后释放的过剩表面能可以转化为弹跳所需的动能.实验结果表明, 竖直的真实弹跳速度(有量纲的物理量)随着液滴半径的增大而先增大后减小, 而基于毛细-惯性尺度定律(capillary-inertial scaling law)下的无量纲弹跳速度的变化趋势则是先增大后保持稳定.随后, Liu等[14,15]利用莱登弗罗斯特表面, 实验测量了接触角为180°的液滴的聚并自弹跳行为, 确定了其基于毛细-惯性尺度定律下的无量纲弹跳速度约为0.2.同时, 利用相场方法的数值模拟研究得到的弹跳……