不同壁面取向下超疏水平面直轨道上的气泡滑移1)

叶煜航 凃程旭,†,,2) 包福兵 汪钰锟 杨森森

∗(中国计量大学,杭州 310018)

†(浙江利欧泵业有限公司,浙江温岭 317500)

∗∗(浙江大学,杭州 310027)

引言

气液两相系统在自然界和工业过程中广泛存在,包括细胞孵化[1]、矿物浮选[2]、电解[3-6]等.例如在电解过程中基底表面的气泡堆积会导致能耗提高[4-6],因此需要降低气泡在壁面的停留时间.相反,矿物浮选过程中则希望气泡与矿物浆液充分接触使其表面附着更多的待选矿物[2].气泡运动速度的大小影响着化学反应器中的反应效率[7].因此,气泡在壁面附近的运动模式及其操控对上述过程至关重要.

近来,具有特定浸润性几何分布的表面被用于气泡的定向输运,其相关研究获得高度关注,工程应用前景广阔.截至目前,在水环境中主要通过Laplace压差或者浮力两种方式实现气泡自发的定向输运[8].近年来的许多研究中,科研人员通过具有壁面润湿性的几何梯度构建Laplace 压差来实现气泡的输运,具体壁面形式为超疏水铜锥[9-12]、梯形超疏水轨道[13-15]、楔形线性阵列超疏水轨道[16]、超疏水非平行双轨道[8].除了超疏水双轨道外,气泡总是从轨道窄的一端自发移动到宽的一端.在一定几何梯度下的超疏水表面能够实现气泡的抗浮力输运[10,13,17].然而,基于Laplace 压差法定向输运气泡仅限于短距离(∼O(10 mm))低速(∼O(10 mm/s))的定向运输[9,14],未能解决气泡长距离高速输运问题.基于浮力法则可实现气泡的长距离定向连续输运,超疏水轨道可以是直线[18-19]、S 形[20]、螺旋形[21].当壁面的倾角较小……