仿生疏水表面減阻機理

目錄
前言
第1章 仿生疏水表面概述 1
1.1 減阻研究意義 1
1.2 疏水表面簡介 4
1.2.1 疏水表面定義 4
1.2.2 疏水表面潤濕原理 6
1.3 疏水表面制備與應用 8
1.3.1 疏水表面制備方法 8
1.3.2 疏水表面應用 10
1.4 本書內(nèi)容安排 13
參考文獻 15
第2章 固體表面分子動力學模擬方法 20
2.1 引言 20
2.2 分子動力學模擬基本原理 20
2.2.1 原子運動方程 20
2.2.2 控制方程的數(shù)值解法 21
2.2.3 分子動力學模擬基本流程 25
2.3 固體表面微觀流動模擬算例 27
2.4 固體表面附近液體的三維結(jié)構(gòu) 32
2.4.1 分子動力學模擬模型 32
2.4.2 固液界面處液體三維結(jié)構(gòu)分析 34
2.5 固體表面黏附強度模擬 37
2.5.1 分子動力學模擬模型 37
2.5.2 固體表面黏附過程 39
2.5.3 黏附強度與氧–碳相互作用強度的關(guān)系 41
2.6 結(jié)束語 44
參考文獻 44
第3章 固液相互作用對滑移和流場特性影響的模擬研究 48
3.1 引言 48
3.2 分子動力學模擬模型 49
3.2.1 納米通道內(nèi)液體流動的分子動力學模型 49
3.2.2 考慮固體內(nèi)部熱傳遞的固液界面分子動力學模型 50
3.3 固液相互作用強度對流動滑移和流場的影響 52
3.3.1 流體的密度和速度分布特性 52
3.3.2 固液界面流動滑移特性 57
3.3.3 強、弱固液相互作用強度下的滑移機理 58
3.4 黏性熱和固液相互作用強度對流場和滑移的綜合影響 64
3.4.1 速度和溫度分布特性 64
3.4.2 不同固液相互作用下的滑移特性 68
3.4.3 不同固液相互作用和剪切率下的黏性加熱效應 70
3.4.4 基于近壁面液體三維結(jié)構(gòu)的滑移產(chǎn)生機理 71
3.5 結(jié)束語 73
參考文獻 74
第4章 納米結(jié)構(gòu)上氣液界面對滑移和流場特性影響的模擬研究 77
4.1 引言 77
4.2 納米結(jié)構(gòu)上兩相流分子動力學模擬模型 77
4.3 低剪切率下氣液界面對滑移和流場的影響 79
4.3.1 氣液兩相共存壓強和表面張力的計算 79
4.3.2 氣液界面對流場的影響 85
4.3.3 氣液界面對應力和滑移特性的影響 88
4.4 高剪切率下氣液界面的形態(tài)演化和應力釋放 94
4.5 結(jié)束語 96
參考文獻 97
第5章 疏水性對流場特性影響的實驗研究 98
5.1 引言 98
5.2 實驗方法 98
5.2.1 平板流場測試方法 98
5.2.2 圓柱尾流場測試方法 102
5.3 疏水平板邊界層流場 103
5.3.1 平均速度剖面 103
5.3.2 湍流度分布 104
5.3.3 滑移特性 105
5.3.4 渦結(jié)構(gòu) 106
5.4 疏水圓柱尾流場 111
5.4.1 流場時域特征 111
5.4.2 流場頻域特征 113
5.4.3 分離角 117
5.5 疏水表面氣液界面形態(tài)與流失現(xiàn)象 118
5.6 結(jié)束語 121
參考文獻 121
第6章 疏水表面氣膜駐留過程的模擬研究 124
6.1 引言 124
6.2 疏水表面氣膜駐留過程模擬方法 124
6.2.1 格子 Boltzmann 方法 124
6.2.2 壁面潤濕性的表征 128
6.3 疏水表面氣層特性 132
6.3.1 靜態(tài)特性 132
6.3.2 動態(tài)特性 134
6.4 疏水表面氣泡特性 139
6.4.1 靜態(tài)特性 139
6.4.2 動態(tài)特性 142
6.5 結(jié)束語 149
參考文獻 150
第7章 基于動態(tài)補氣的疏水表面氣液界面維持方法實驗研究 152
7.1 引言 152
7.2 基于小量通氣的氣液界面維持方法 152
7.2.1 實驗方法 152
7.2.2 氣膜形態(tài) 153
7.2.3 減阻效果 155
7.3 基于電解的氣液界面維持方法 159
7.3.1 電解原理 159
7.3.2 電解實驗方法 163
7.3.3 電極極距對電解特性的影響 164
7.3.4 電極對數(shù)對電解特性的影響 166
7.3.5 產(chǎn)氣量與產(chǎn)氣效率 168
7.4 疏水表面電解補氣減阻性能 172
7.4.1 實驗系統(tǒng) 172
7.4.2 電解補氣布置方法 173
7.4.3 含鹽量、電壓對電解氣量的響應 174
7.4.4 電解補氣狀態(tài)下減阻性能 174
7.5 結(jié)束語 177
參考文獻 177
第8章 潤濕階躍平板表面間斷氣液界面變形破壞的實驗研究 179
8.1 引言 179
8.2 基于潤濕階躍效應的毫米尺度氣液界面封存方法 179
8.3 毫米尺度氣液界面剪切變形行為 180
8.3.1 實驗方法 180
8.3.2 波狀變形產(chǎn)生規(guī)律 182
8.3.3 前、后接觸角的變化規(guī)律 184
8.4 氣液界面破壞行為 188
8.4.1 氣膜破壞過程定義 188
8.4.2 潤濕梯度對氣液界面封存能力的影響 189
8.4.3 氣膜尺寸對氣液界面封存能力的影響 190
8.5 結(jié)束語 190
參考文獻 191
第9章 潤濕階躍圓柱表面連續(xù)氣膜對阻力和流場影響的實驗研究 192
9.1 引言 192
9.2 實驗條件與方法 192
9.2.1 實驗設(shè)備與模型 192
9.2.2 阻力測試方法 194
9.2.3 實驗工況與數(shù)據(jù)處理 196
9.3 親疏水相間圓柱表面連續(xù)氣液界面穩(wěn)定性 197
9.3.1 連續(xù)氣液界面靜態(tài)穩(wěn)定性及演化規(guī)律 197
9.3.2 連續(xù)氣液界面動態(tài)穩(wěn)定性 201
9.4 連續(xù)氣液界面減阻規(guī)律 202
9.4.1 氣液界面阻力隨雷諾數(shù)變化規(guī)律 202
9.4.2 減阻率隨氣液界面幾何參數(shù)變化規(guī)律 205
9.5 連續(xù)氣液界面對流場影響規(guī)律 207
9.5.1 橫截面速度剖面 207
9.5.2 縱剖面渦量場分布 208
9.5.3 阻力來源 210
9.5.4 連續(xù)氣液界面減阻機理 216
9.5.5 臨界雷諾數(shù) 217
9.6 結(jié)束語 221
參考文獻 221
第10章 潤濕階躍圓柱表面間斷氣膜對阻力和流場影響的實驗研究 222
10.1 引言 222
10.2 實驗條件與方法 222
10.3 親疏水相間圓柱表面間斷氣液界面穩(wěn)定性 222
10.3.1 間斷氣液界面靜態(tài)穩(wěn)定性 222
10.3.2 間斷氣液界面動態(tài)穩(wěn)定性 223
10.4 間斷氣液界面對阻力影響規(guī)律 224
10.4.1 不同長度間斷氣液界面阻力隨雷諾數(shù)變化規(guī)律 224
10.4.2 不同長度間斷氣液界面增阻率隨雷諾數(shù)變化規(guī)律 228
10.5 間斷氣液界面的變形及其對流場的影響規(guī)律 229
10.5.1 間斷氣液界面的變形規(guī)律 229
10.5.2 橫截面速度剖面 233
10.5.3 縱剖面渦量場的分布 235
10.5.4 凹轉(zhuǎn)子表面間斷氣液界面的阻力特性 236
10.5.5 間斷氣環(huán)氣液界面特性 238
10.6 結(jié)束語 238
參考文獻 239
后記 240