微尺度流动界面现象及其流动边界条件分析

摘要

水平微尺度毛管中低Reynolds数流体流动出现许多另人费解的现象,如流动前缘并未出现Poiseu ille速度剖面,而似一种“段塞式”流动,固/液界面看似不符合无滑移边界条件。该文针对这些易引起困惑的问题,利用可视化微管流动实验及岩石孔隙仿真光刻模型流动实验,考察了润湿性对微尺度毛管中流体流动的影响,探讨了微尺度毛管中表面流动现象产生的实质。结果表明,在微尺度流动中观察到的小分子液体“段塞流动现象”,以及看似壁面滑移流动等现象,其实质是液/固壁面仍为无滑移边界,三相接触点以尤如运动的“坦克的链轨”发展方式,沿壁面发展,从而产生“段塞式”流动。虽然仍在低速层流的条件下,但由于界面张力的作用,接近动界面处流动质点的运动已不再保持一维直线运动。