下雨天車(chē)窗總被雨水“蓋住”？科學(xué)家：試試熱傳導(dǎo)表面材料

如果在雨中駕駛，你最好祈禱雨滴在擋風(fēng)玻璃上滾動(dòng)或反彈，而不是“涂抹”在擋風(fēng)玻璃上，更不是凍住。圣路易斯華盛頓大學(xué)McKelvey工程學(xué)院的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，水滴在斥水的光滑表面上的動(dòng)態(tài)過(guò)程里，熱傳導(dǎo)所起的作用比人們以前想象的要大。

機(jī)械工程與材料科學(xué)助理教授Patricia Weisensee使用高速成像方法研究了當(dāng)水滴撞擊加熱的光滑拒水表面時(shí)形成的微小氣泡。研究結(jié)果發(fā)表在2022年1月1日出版的《實(shí)驗(yàn)熱學(xué)和流體科學(xué)》雜志上。

只有幾百微米大小的氣泡會(huì)在水滴內(nèi)部形成，當(dāng)吸收了下面的空氣后，它會(huì)從表面彈起。

在實(shí)驗(yàn)室里，研究人員在三種加熱的表面上測(cè)試了水滴：特氟隆涂層和兩種類似的材料：PDMS，一種具有生物相容性的材料；以及HTMS，一種疏水性硅烷基涂層。使用同步的高速光學(xué)和高速紅外成像，他們發(fā)現(xiàn)，從光滑表面轉(zhuǎn)移到水滴的熱量隨著擴(kuò)散速度的增加而增加。此外，他們發(fā)現(xiàn)，隨著表面溫度的增加，氣泡的大小和形狀也發(fā)生了變化。有趣的是，在表面溫度為50℃和65℃時(shí)，總的熱傳導(dǎo)分別減少了5.6%和7.1%，因?yàn)闅馀轀p少了總的液-固接觸面積。總的來(lái)說(shuō)，這整個(gè)過(guò)程只持續(xù)了幾毫秒，但會(huì)對(duì)這些系統(tǒng)的冷卻效率和液滴動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

研究員表示：“盡管這只是一項(xiàng)特定的研究，但我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)其他系統(tǒng)也有影響，如擋風(fēng)玻璃、飛機(jī)機(jī)翼或風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。”

該研究論文題為"Low Weber number droplet impact on heated hydrophobic surfaces"，已發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)熱學(xué)和流體科學(xué)》期刊上。

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論文原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0894177721001485?via%3Dihub

標(biāo)簽： 熱傳導(dǎo) 液滴動(dòng)力學(xué)