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防止挡风玻璃结冰!研究发现热传导对液滴动力学很重要
发布时间:2022-01-13       

  盖世汽车讯 据外媒报道,在雨中开车时,雨滴最好是从挡风玻璃上滚落或弹出去,而不是挡在挡风玻璃上,甚至结冰。圣路易斯参数图片)华盛顿大学麦凯尔维工程学院(School of Engineering at Washington University in St. Louis)的研究团队发现,在拒水光滑表面的液滴动力学中,热传导所起的作用比之前认为的要大。

  该校机械工程与材料科学助理教授Patricia Weisensee等人利用高速成像方法,微观捕获并研究水滴撞击加热、光滑、防水表面时所形成的气泡,从而得出这一结果。该气泡只有几百微米大小,当其从表面升起时,会吸收下面的空气,从而在水滴中形成。Weisensee表示:“研究人员在液滴上制造毛细波,因为液滴在碰撞时会压缩,然后通过液滴发出冲击波,从而产生一个中间夹着气泡的甜甜圈状液滴。”

  研究人员在三种加热表面上测试水滴,如聚四氟乙烯,以及两种具有类似表面化学性质的材料,包括生物相容性材料PDMS和疏水性硅烷基单层涂层HTMS。通过同步高速光学和高速红外成像发现,从光滑表面传递到水滴的热量,随着扩散速度的增加而提升。此外,随着表面温度的升高,气泡的大小和形状也发生了变化。

  有趣的是,在液滴回缩过程中,由于气泡减小了液固界面总面积,在50C和65C的表面温度下,液滴总传热分别降低了5.6%和7.1%。总体而言,整个过程只持续几毫秒,但对这些系统的冷却效率和液滴动态产生了深远的影响。Weisensee表示:“研究人员发现,在液滴撞击对流或蒸发过程中,热传导是最突出的热传递形式。”

  此外,研究人员还在粗糙表面上测试了液滴。由于摩擦力提升,液滴的扩散面积变小,传热面积也更小,因此传热速率降低,这最终会降低例如喷雾冷却过程的效率。

  “这项特定研究使用了加热表面。然而,所得出的研究结果,对其他有液滴撞击表面的系统也会产生影响,如挡风玻璃、飞机机翼或风力涡轮机叶片。例如,在寒冷环境中,用户不希望液滴驻留并冻结,所以需要了解液滴动力学和热传递的相互作用。”

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