當您在煎鍋中煎炸東西并且一些水滴落入鍋中時，您可能已經注意到這些水滴在熱油膜上四處飛濺。現在，麻省理工學院的研究人員首次分析和理解了這種看似微不足道的現象——并且可能對微流體設備、傳熱系統(tǒng)和其他有用的功能具有重要意義。
熱表面上的一滴沸水有時會懸浮在薄蒸汽膜上，這種現象被稱為萊頓弗羅斯特效應。因為它懸浮在一個蒸氣墊上，所以液滴可以在幾乎沒有摩擦的情況下穿過表面。如果表面涂有熱油，其摩擦力比 Leidenfrost 液滴下的蒸氣膜大得多，則熱液滴的移動速度應該會慢得多。但是，與直覺相反，麻省理工學院的一系列實驗表明發(fā)生了相反的效果：油滴上的液滴比裸金屬上的液滴縮小得更快。
這種在加熱的油性表面上推動液滴的速度比在裸金屬上的速度快 10 到 100 倍，有可能用于自清潔或除冰系統(tǒng)，或推動微量液體通過所使用的微流體設備的細管用于生物醫(yī)學和化學研究和測試。今天在《物理評論快報》雜志上的一篇論文中描述了這些發(fā)現，該論文由研究生 Victor Julio Leon 和機械工程教授 Kripa Varanasi 撰寫。
在之前的研究中，瓦拉納西和他的團隊表明，有可能將這種現象用于其中一些潛在應用，但是產生如此高速度(大約快 50 倍)的新工作可以開辟更多新用途，瓦拉納西說。
經過長時間的艱苦分析，Leon 和 Varanasi 能夠確定這些液滴從熱表面快速噴射的原因。在高溫、油液粘度和油液厚度合適的條件下，油液會形成一層薄薄的斗篷，包裹在每個水滴的外面。隨著液滴加熱，沿液滴和油之間的界面形成微小的蒸汽氣泡。因為這些微小的氣泡沿著液滴的底部隨機堆積，不對稱性發(fā)展，氣泡下方的摩擦力降低了液滴與表面的附著力，并將其推開。
油性薄膜的作用幾乎就像氣球的橡膠一樣，當微小的蒸汽泡破滅時，它們會施加一個力，“氣球只是飛走了，因為空氣從一側出去，產生了動量傳遞，”瓦拉納西說。沒有油斗篷，蒸汽氣泡會從液滴中向各個方向流出，阻止自推進，但斗篷效應像氣球的皮膚一樣將它們固定在里面。
這種現象聽起來很簡單，但事實證明，它取決于發(fā)生在不同時間尺度的事件之間的復雜相互作用。
這種新分析的自噴射現象取決于許多因素，包括液滴大小、油膜的厚度和粘度、表面的導熱性、系統(tǒng)中不同液體的表面張力、油的類型，以及表面的紋理。
在他們的實驗中，他們測試的幾種油的最低粘度比周圍空氣的粘度高約 100 倍。因此，預計氣泡的移動速度要比萊頓弗羅斯特效應的氣墊慢得多。“這讓我們了解到，這種液滴移動得更快是多么令人驚訝，”Leon 說。
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