固体壁面液滴运动行为是近年来的一个热门研究领域，在质子交换膜燃料电池促排水、防结冰、微流控、微反应器等领域具有丰富的理论和工程研究价值。本书结合作者团队十余年的研究成果，不仅深入阐述了典型固体壁面上液滴润湿、撞击、振荡、融合及脱落等行为规律，而且系统揭示了亲水轨道、超疏水/疏水轨道及水膜轨道上液滴导引规律与力学机制，还细致展示了亲水光滑壁面、亲水微沟槽壁面及疏水性壁面上迥异的水滴撞击结冰行为规律。
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前言
第1章 润湿现象与液滴动力学理论 1
1.1 固体壁面液滴运动行为研究意义 1
1.2 界面与表面张力 2
1.2.1 表面张力和表面自由能 2
1.2.2 影响表面张力的因素 5
1.3 固液界面润湿现象 6
1.3.1 接触角和润湿 6
1.3.2 接触角测定和接触角迟滞 9
1.4 液滴撞击平板过程 11
1.4.1 液滴撞击平板过程现象描述 11
1.4.2 液滴最大铺展半径评估 12
1.4.3 液滴撞击平板过程中的其他现象 14
参考文献 16
第2章 疏水沟槽壁面液滴静润湿特性 19
2.1 引言 19
2.2 试验方法 19
2.2.1 规则沟槽壁面制备方法 19
2.2.2 疏水沟槽壁面制备方法 21
2.3 疏水沟槽壁面液滴静润湿行为规律 22
2.3.1 壁面沟槽对静润湿状态的影响 22
2.3.2 表面能对静润湿状态的影响 25
2.3.3 影响机理分析 27
2.4 本章小结 29
参考文献 29
第3章 规则微沟槽面液滴撞击特性研究 31
3.1 引言 31
3.2 试验方法 31
3.2.1 试验系统 31
3.2.2 液滴发生器 32
3.2.3 规则微沟槽表面 33
3.2.4 试验流程 34
3.3 液滴铺展过程及状态 34
3.3.1 液滴铺展过程 34
3.3.2 液滴最大铺展状态 38
3.3.3 伴随指状物 40
3.4 液滴最大铺展直径理论分析 41
3.4.1 沟槽表面的润湿性与微观形貌效应 41
3.4.2 液滴撞击后最大铺展直径的理论预测 44
3.5 本章小结 47
参考文献 47
第4章 疏水沟槽壁面上液滴振荡行为 49
4.1 引言 49
4.2 试验方法 49
4.3 液滴撞击振荡过程 50
4.4 疏水沟槽壁面上液滴振荡规律 52
4.4.1 三相接触线振荡特性 52
4.4.2 液滴高度振荡特性 56
4.4.3 稳定高度的计算公式推导 60
4.4.4 液滴振荡周期的公式推导 63
4.5 本章小结 65
参考文献 65
第5章 规则微沟槽表面液滴融合行为 66
5.1 引言 66
5.2 试验方法 66
5.2.1 试验系统 66
5.2.2 试验表面 67
5.2.3 试验流程 68
5.3 液滴沿垂直沟槽方向融合行为 68
5.3.1 液滴变形 68
5.3.2 桥状物尺寸变化规律 69
5.3.3 液滴中心距对于融合的影响 72
5.4 液滴沿平行沟槽方向融合 75
5.4.1 液滴变形 75
5.4.2 桥状物尺寸变化规律 77
5.4.3 液滴中心距对于融合的影响 79
5.5 液滴融合模型分析 82
5.6 本章小结 85
参考文献 85
第6章 规则微沟槽表面液滴脱落特性 87
6.1 引言 87
6.2 试验方法 87
6.2.1 试验系统 87
6.2.2 试验表面 87
6.2.3 液滴静态和动态接触角度 88
6.2.4 试验流程 90
6.3 规则微沟槽表面液滴脱落行为 91
6.3.1 液滴脱落变形 91
6.3.2 液滴脱落的临界风速 94
6.3.3 液滴体积对脱落行为的影响 96
6.3.4 沟槽深度对脱落行为的影响 98
6.4 液滴脱落模型 101
6.4.1 沟槽表面液滴形状 101
6.4.2 沟槽表面液滴受力平衡模型与受力(含两种力) 103
6.4.3 沟槽表面液滴毛细力 103
6.4.4 沟槽表面液滴拖拽力 106
6.4.5 沟槽表面液滴脱落模型验证 108
6.5 本章小结 109
参考文献 109
第7章 基于亲水轨道的液滴稳定导引 111
7.1 引言 111
7.2 试验方法 111
7.2.1 重力试验系统 111
7.2.2 风洞试验系统 114
7.2.3 两种试验系统的比较 116
7.3 基于亲水玻璃轨道的液滴无脱轨导引 117
7.3.1 液滴的启动 117
7.3.2 液滴的脱轨 118
7.3.3 液滴运动规律 119
7.4 亲水V型槽导引 122
7.4.1 亲水V型槽润湿过程 122
7.4.2 水滴隐/显性导引 124
7.4.3 水滴显性导引 126
7.4.4 水滴隐性自运输 128
7.5 亲水丝轨道导引 130
7.5.1 超疏水基底制作方法 130
7.5.2 亲水丝轨道导引规律 130
7.6 本章小结 132
参考文献 132
第8章 超疏水/疏水轨道表面液滴导引方法 134
8.1 引言 134
8.2 试验准备 134
8.3 基于疏水轨道的液滴无质量损失导引方法 137
8.3.1 无质量损失导引现象 137
8.3.2 无质量损失导引运动学规律 140
8.3.3 无质量损失导引力学分析 142
8.4 基于超疏水轨道的液滴快速导引方法 146
8.4.1 快速导引运动学规律 146
8.4.2 快速导引现象 147
8.4.3 轨道俯仰角的导引规律 147
8.4.4 轨道偏角的导引规律 149
8.5 快速导引力学分析 150
8.6 本章小结 153
参考文献 153
第9章 水膜轨道上水滴导引 155
9.1 引言 155
9.2 水膜轨道的制备方法 155
9.3 水膜轨道导引现象 156
9.3.1 水滴的启动 156
9.3.2 水滴的导引 157
9.3.3 导引的失效 157
9.4 水膜导引运动学规律 158
9.4.1 水膜轨道上水滴滚动角变化规律 158
9.4.2 超疏水表面水膜轨道水滴导引规律 158
9.4.3 亲水表面水膜轨道水滴导引规律 163
9.4.4 水滴导引与基底材料关系 163
9.5 水膜导引力学分析 165
9.5.1 超疏水表面水膜轨道导引力学分析 165
9.5.2 亲水表面水膜轨道导引力学分析 168
9.6 选择性导引 170
9.7 本章小结 171
参考文献 171
第10章 亲水光滑壁面上水滴撞击结冰行为 173
10.1 引言 173
10.2 试验方法 173
10.2.1 试验装置 173
10.2.2 试验流程 174
10.3 韦伯数对水滴撞击结冰行为的影响 175
10.3.1 水滴撞击结冰过程 175
10.3.2 铺展系数规律 178
10.3.3 振荡和结冰时间规律 179
10.4 壁面温度对水滴撞击结冰行为的影响 180
10.4.1 水滴撞击结冰过程 180
10.4.2 最大铺展系数规律 180
10.4.3 振荡和结冰时间规律 181
10.5 材料热导率对水滴撞击结冰行为的影响 182
10.5.1 水滴撞击结冰过程 182
10.5.2 最大铺展系数规律 182
10.5.3 振荡和结冰时间规律 183
10.6 水滴撞击光滑壁面结冰行为 184
10.6.1 铺展过程 184
10.6.2 结冰时间 186
10.7 本章小结 190
参考文献 190
第11章 亲水微沟槽壁面上水滴撞击结冰行为 192
11.1 引言 192
11.2 制备方法 192
11.3 水滴撞击微米级沟槽硅板的结冰行为 193
11.3.1 矩形硅板上水滴撞击结冰过程 193
11.3.2 最大铺展直径和结冰时间 194
11.4 水滴撞击百微米级沟槽铜板的结冰行为 196
11.4.1 矩形铜板上水滴撞击结冰过程 196
11.4.2 立柱型铜板上水滴撞击结冰过程 199
11.5 水滴撞击微沟槽壁面结冰行为分析 201
11.5.1 微沟槽结构对水滴运动行为的影响 201
11.5.2 最大铺展系数理论预测 203
11.5.3 结冰时间理论公式的修正 203
11.6 本章小结 205
参考文献 205
第12章 疏水性壁面上水滴撞击结冰行为 206
12.1 引言 206
12.2 制备方法 206
12.2.1 壁面润湿性表征 206
12.2.2 疏水性壁面制备方法 206
12.3 水滴撞击疏水性壁面的结冰行为 208
12.3.1 疏水性壁面水滴撞击结冰过程 208
12.3.2 最大铺展系数和结冰时间 209
12.3.3 低温疏水性壁面水滴弹跳规律 210
12.3.4 疏水性壁面水滴撞击结冰理论 210
12.4 水滴撞击超疏水表面的结冰行为 212
12.4.1 常温超疏水表面水滴撞击过程 212
12.4.2 低温超疏水表面水滴撞击结冰过程与破碎行为 213
12.5 水滴撞击亲/疏水相间结构壁面的结冰行为 217
12.5.1 水滴结冰“引导”现象 217
12.5.2 水滴结冰“切割”现象 219
12.5.3 水滴结冰“汇聚”现象 221
12.6 本章小结 224
参考文献 224
附录 226
后记 229
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