周期性爆沸诱导的液滴自驱动

摘要

将液滴沉积在高于Leidenfrost温度的表面上,液滴将悬浮在自身的蒸汽垫上,这使液滴具有惊人的移动性,通常通过构造不对称的微纳结构表面对液滴下方的蒸汽流进行校正,实现液滴自驱动.但液滴运动方向和液滴输运速度(10—40 cm/s)具有局限性.本实验构造Leidenfrost传热面和撞击面,Leidenfrost传热面用于悬浮液滴并为其提供足够的能量,当Leidenfrsot液滴(燃料)与撞击面(点火器)接触时,粗糙环的大量微/纳米腔不仅会向液滴产生额外的辐射热量,而且还会提供成核点以在约10 ms内触发爆炸沸腾.利用周期性爆炸沸腾产生的脉冲推力Fth实现液滴自驱动.液滴运动初始阶段由于惯性力Fi占主导,液滴撞击多为镜面反射,液滴运动轨迹较为混乱,随着液滴直径减小,脉冲推力Fth占主导,液滴轨迹通过Leidenfrost传热面中心.同时液滴输运速度高达68.91 cm/s,这是在以往微纳结构表面液滴自驱动从未实现的.这一发现为高温下操纵液滴提供了新的思路,有望在微流控和传热等两相系统中得到重要的应用.