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超疎水性表面(SHS)の防氷メカニズムを分析

Jilin Universityの研究グループが超疎水性表面(SHS)の防氷メカニズムを分析しました。

本研究成果は、International Journal of Heat and Mass Transfer 156 (2020): 119768に掲載されています。


この記事は下記論文の紹介記事です。

論文:

Liu, Chunbao, et al. "Mechanism analysis and durability evaluation of anti-icing property of superhydrophobic surface." International Journal of Heat and Mass Transfer 156 (2020): 119768.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S001793101933618X


同研究グループは、人工SHSの防氷特性の耐久性をそれぞれ評価するために、超疎水性表面(SHS)の防氷メカニズムを分析し、数値的および実験的調査を行いました。

まず、流体のレベルセット-ボリューム(CLSVOF)と凝固-溶融モデルを結合することにより、3次元の計算流体力学(CFD)モデルが提案され、液滴の形態変化を追跡し、相転移プロセスをシミュレートしています。

次に、異なる濡れ性表面上の単一の液滴の凍結プロセスをシミュレーションして比較しました。


分析の結果、液滴内部の核形成位置が、液滴と冷たい表面の間の接触領域の中心に位置することを確認しました。


また、凍結中の液滴の温度変化、熱平衡状態、固液界面を系統的に調べています。

さらに、固化/融解雲と固体体積分率の変化をそれぞれ使用して、SHSの凍結遅延機能を定性的および定量的に測定し、接触角(CA)の防氷特性に対する作用メカニズムを明らかにしました。


シミュレーションに基づきかつ、クローバーリーフバイオニックコンセプトに着想を得て、高速ワイヤ放電加工(HS-WEDM)の二重放電加工によって防氷特性を持つSHSを取得し、その耐久性を実験で評価しました。


結果は、そのような表面の防氷特性が機械的耐久性と長期耐久性を持っていることを示しています。


#撥水 

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