marangoni flows

tamoadmin 留学报考 2024-03-22 12 0

什么是Marangoni flows?

Marangoni flows,又称为表面张力驱动的对流,是一种液体中因表面张力差异而引发的流动。该现象最早由意大利物理学家Carlo Marangoni在19世纪末期发现并描述。表面张力差异是由液体表面不均匀的分子间相互作用力造成的。当表面张力差别引发足够大的液体流动时,会产生可见的流动效应。

Marangoni flows的机制和现象

液体表面张力的大小取决于其成分。当液体中存在两种不同物质时,其表面张力不同,就会引起相应的各向异性(各个空间方向上性质不同)。当一个液滴或一层液体接触到另一种不同成分的液体时,两者之间的表面张力差异将会导致一种对流。Marangoni flows的速度可由Fick定律(描述了浓度梯度产生的物质流动)和N***ier-Stokes方程来表示。

Marangoni flows的现象很常见,例如你洗碗时,在塞满油的水中,观察到一个带有色彩的晕轮形状,这就是典型的Marangoni现象;另外一个例子是,在液面上燃烧烧烤点火柴的时候观察到的蠕动现象。

marangoni flows
(图片来源网络,侵删)

Marangoni flows在科学和工业应用中的作用

Marangoni flows的研究有广泛的科学和工业应用,例如在表面张力相关的液体物理化学及其应用、热传导、光学成像、半导体制造和化工生产等领域。

关于Marangoni flows的一个重要应用就是在流体机械中。在一些工艺上,例如无油空气压缩机、微流控芯片、热管等应用中,需要在液体内产生非常小的微小液滴。Marangoni flows的作用正是使得这些微小液滴聚合成更大的液滴,又叫做胶体。这些液体颗粒可***控,转移和分离,因此得以应用于生物学成像,以及药物或灭菌分离技术。

Marangoni flows还是一种极具潜力的新型微纳米加工技术。特别是有利于熔融的材料,相较于传统加工方法,这种技术不需要使用模具,因此可以直接产生高形状浓度的微纳米结构,并且具有调节、控制、定位、组合和集成潜力。

marangoni flows
(图片来源网络,侵删)

结论:

Marangoni flows已成为一种尤其有应用前景的现象,被应用于很多领域,如制造工艺、生物医学等。这种现象将会在未来继续发挥其巨大的作用。

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