بررسی آزمایشگاهی اثر آماده‌سازی اولیه سطوح ابرآبگریز برمیزان کاهش نیروی پسای اصطکاکی در جریان های آرام

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک ،دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی میشیگان،آمریکا

10.22044/jsfm.2019.6909.2598

چکیده

دراین مقاله اثر زبری بر کاهش نیروی اصطکاک هیدرودینامیکی سطوح ابرآبگریز بطور تجربی بررسی شده‌است. به این منظور، میکروکانالی طراحی و ساخته شد و سپس سطوح آن با روشهای مختلف آبگریز شدند و مقدار کاهش افت فشار در جریان آرام روی آنها مورد بررسی قرارگرفت. جنس سطوح کانال ،آلومینیوم درنظر گرفته شد و 4 روش مختلف برای آزمایشات انتخاب گردید.با توجه به نتایج بدست آمده، در حالی که سطوح ابر آبگریز با زبری سلسله‌ایی منجر به کاهش قابل ملاحظه‌ا‌ی در اصطکاک سطحی (حدود 20%)گردید، سطح آبگریز صاف و بدون زبری کاهش قابل توجهی در نیروی مماسی نشان نداد. علاوه بر این برای مطالعه اثر روش آماده‌سازی ، فرآیند جوشش نیز به آماده‌سازی سطح اضافه شد. نتایج نشان داد که فرآیند جوشش، به عنوان بخشی از آماده‌سازی سطوح ابر آبگریز، ،با ایجاد زبری روی زیرلایه‌ها باعث افزایش دوام لایه‌های آبگریز و افزایش میزان کاهش نیروی نیروی پسا (تا 45%)می‌شود. سطوحی که با اضافه شدن فرایند جوشش آماده شدند پایداری بیشتری در برابر جریان از خود نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Rothstein JP (2010) Slip on Superhydrophobic Surfaces. Annu Rev Fluid Mech 42: 89-109.

[2] Cho JHJ, Law BM, Rieutord F (2004) Dipole-dependent slip of newtonian liquids at smooth solid hydrophobic surfaces. Phys Rev Lett 92(16): 166102-1-166102-4.

[3] Ma M, Hill RM (2006) Superhydrophobic surfaces. Curr Opin Colloid IN.11(4) :193-202.

[4] Yong CJ, Bhushan B (2010) Biomimetic structures for fluid drag reduction in laminar and turbulent flows. J Phys Condens Matter 22: 035104-035113.

[5] Nouri NM, Sekhavat S, Bayani Ahangar S, Faal Nazari N (2012) Effect of curing condition on superhydrophobic surface for 7075Al. J Disper Sci Technol 33(6): 771-774

[6] Cheng S, Li-Qin G, Zhong-Ze Gu (2007)    Fabrication of super-hydrophobic film with dual-size roughness by silica sphere assembly. Thin Solid Films 515(11): 4686-4690

[7] Chen L, Miao C, Huidi Z, Jianmin C (2009) Preparation of a 2024Al-based super-hydrophobic surface. J Disper Sci Technol 30(1): 48-50.

[8] Chien-Te H, Fang-L Wu, Wei-Yu C (2010) Superhydrophobicity and superoleophobicity from hierarchical silica sphere stacking layers. Mater Che Phys 121(1): 14-21.

[9] Lee C, Choi CH, Kim CJ (2016) Superhydrophobic drag reduction in laminar flows:a critical review. Exp Fluids 57(176): 1-20

[10] Jia O, Blair P, Jonathan PR (2004) Laminar drag reduction in microchannels using ultrahydrophobic surfaces. Phys Fluids 16(12): 4635-4643

[11] Watanabe K, Yanuar K, Udagawa H (1999) Drag reduction of Newtonian fluid in a circular pipe with a highly water-repellent wall. J Fluid Mech 381: 225-238.

[12] Yu YC, Wei QD (2006) Experimental study on physical mechanism of drag reduction of hydrophobic materials in laminar flow. Chinese Phys Lett 23 :1634.

[13] Daniello RJ, Waterhouse NE, Rothstein JP (2009) Drag reduction in turbulent flows over superhydrophobic surfaces. Phys Fluids 21: 085103-085112.

[14] Tretheway DC, Meinhart CD (2002) Apparent fluid slip at hydrophobic microchannel walls. Phys Fluids 14(3): L10-L12.

[15] Christophe Y, Catherine B, Cécile CB, Pierre J, Lydéric B (2007) Achieving large slip with superhydrophobic surfaces: Scaling laws for generic geometries. Phys Fluids 19: 123601-1-123610

[16] Zhang J, Tian H, Yao Zh, Hao P, Jian N (2015) Mechanisms of drag reduction of superhydrophobic surfaces in a turbulent boundary layer flow. Exp Fluids 56(179).

[17] Geraldi NR, Dodd LE, Xu BB, Wells GG,Wood D, Newton MI, McHal G (2017) Drag reduction properties of superhydrophobic mesh pipes.Surf Topogr Metrol Prop 5(034001).

[18] Zhang S, Ouyang X, Li J, Gao S, Han S, Liu L, Wei H (2015) Underwater drag-reducing effect of superhydrophobic submarine model. Langmuir 31(1): 587-593

[19] امیدوار ا (1391) مقایسه اثر کاهش درگ برای ساختارهای مختلف سطوح فوق آبگریز در رژیم جریان آرام و متلاطم دانشگاه صنعتی شیراز. پایان نامه کارشناسی ارشد.

[20] نجفی ا، نجات ا، چینی ف (1396) ارزیابی پسای هیدروفویل SD۷۰۰۳ با سطح فوق آبگریز به کمک شبیه‌سازی عددی. مهندسی مکانیک مدرس 134-126 :(2)117.

[21] Min T, Kim J (2004) Effects of hydrophobic surface on skin-friction drag. Phys Fluids 16(7): L55-L58.

[22] راستان م.، سوهانکار ا. (1396) شبیه‌سازی عددی جریان آشفتۀ کانال نیم موج با سطوح آبدوست و آبگریز. روش‌های عددی در مهندسی (2)36.

[23] Youa D, Moin P (2007) Effects of hydrophobic surfaces on the drag and lift of a circular Cylinder. Phys fluid 19: 081701-1-4.

[24] Chang HH, Umberto U, Kim J, Ho CM, Kim CH (2006) Effective slip and friction reduction in nanograted superhydrophobic microchannels. Phys Fluids 18: 087105-1-087105-8

[25] Salil G, Peter V, Richard T, Andrea M, Frank van Swol, Pratik S, Jeffrey CB (2005) Effective slip on textured superhydrophobic surfaces. Phys Fluids 17: 051701-1-051701-4.