當(dāng)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(jīng)注意到這些水滴在熱油膜上四處飛濺?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員首次分析和理解了這種看似微不足道的現(xiàn)象——并且可能對微流體設(shè)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(xiàn)象被稱為萊頓弗羅斯特效應(yīng)。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(yīng)該會慢得多。但是，與直覺相反，麻省理工學(xué)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(shè)備的細(xì)管用于生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)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(xiàn)，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(xiàn)象用于其中一些潛在應(yīng)用，但是產(chǎn)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(jīng)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(dāng)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(cè)出去，產(chǎn)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(yīng)像氣球的皮膚一樣將它們固定在里面。
這種現(xiàn)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(fù)雜相互作用。
這種新分析的自噴射現(xiàn)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(dǎo)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(yù)計氣泡的移動速度要比萊頓弗羅斯特效應(yīng)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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