1.本发明属于防润湿表面技术领域，具体涉及一种用于固体表面防润湿的气层引入装置及其应用。


背景技术：

2.润湿性作为固体表面的基本性质，在日常生活、工业和农业的各个方面都起着重要作用。近年来，具有特殊润湿性的功能表面由于其在应用上的巨大优势得到了广泛研究和开发。而在许多应用场景中，我们往往都希望表面可以排斥液体进而保持表面干燥。实现这种疏液效果的关键就在于表面粗糙度的构筑，即固液界面气层的引入。
3.在当前的研究体系中，通过引入气层表面排斥液体(防湿润)的方法主要有以下几种：(1)采用自然界中的一些低黏附表面，如具有自清洁效应的荷叶表面、蝉翼表面，以及能够在水面行走的水黾腿表面等等；(2)构筑同时具有低表面能和表面粗糙度的人工超疏液表面；(3)通过将表面加热到莱顿弗罗斯特温度以上，形成气垫实现非润湿；(4)通过表面机械振动或旋转引入气层实现表面疏液。
4.然而，这些方法在实际应用中往往存在一定的缺陷和局限性。比如，低黏附超疏液表面往往由于机械强度不够和透明度不高的问题使用受限；而机械振动或者旋转表面的方法则一般需要特殊的设备或特定的使用场景。
5.特别地，在防雨车窗的实际应用中，采用这些方法的劣势尤为明显。雨天行车时，雨水对于侧窗玻璃和后视镜表面的黏附和润湿，严重影响后视镜的清晰度和能见度。驾驶员需要透过侧窗玻璃、侧窗玻璃残留的雨滴、后视镜表面的雨滴等重重障碍才能从后视镜看到后方路况，安全视线范围大大缩小，严重影响了行车安全。而当前清除雨滴的方式主要通过人工擦干、降低玻璃表面张力(涂肥皂，表面活性剂等)以及疏水防雨膜等手段。显然这些方法并不能达到多次重复使用或者有效防润湿的效果。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的用于固体表面防润湿的气层引入装置及其应用解决了实现表面防润湿时传统疏雨膜贴或防雨剂存在的重复使用性差的问题。
7.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种用于固体表面防润湿的气层引入装置，包括固体表面，所述固体表面的一侧设置有气层引入面，所述气层引入面上设置有出风口，所述出风口对应的空气层的下表面与所述固体表面平行；
8.所述固体表面作为液滴冲击表面，实现防润湿时，其与水平面之间具有夹角θ。
9.进一步地，所述出风口与空气压缩机的出风口连接。
10.进一步地，所述出风口的宽度可调节，其对应的空气层的厚度h为100μm《h《5mm。
11.进一步地，所述出风口的形状为矩形、圆形或梯形。
12.进一步地，所述空气层中的空气流速u与空气流量q及出风口大小相关。
13.进一步地，所述空气流速u与空气流量q及出风口大小满足的关系式为：
[0014][0015]
式中，ρ为液滴的密度，d为液滴的直径，n为出风口对应的空气层厚度。
[0016]
进一步地，所述空气流量为10l/min《q《200l/min；所述空气流速u为5m/s《u《200m/s。
[0017]
进一步地，所述冲击表面与水平面的夹角θ为0
°
《θ《90
°
。
[0018]
进一步地，所述气层引入面上设置的出风口为孔阵列式结构。
[0019]
用于固体表面防润湿的气层引入装置在防雨车窗玻璃中的应用。
[0020]
本发明的有益效果为：
[0021]
(1)本发明通过在固体表面引入空气层的方式，实现了表面对冲击液滴的防润湿效果，使表面保持干燥，该方法简单有效，适用于各种防润湿表面；
[0022]
(2)通过在汽车侧窗合适位置增设本发明中的气层引入装置，可以有效地达到防雨效果，避免雨天行车时侧车窗后和后视镜因雨滴粘附造成的视野盲区，维持驾驶员清晰的视野，增加雨天行车的安全性；
[0023]
(3)本发明方法简单有效，且避免了疏雨膜贴或防雨剂重复使用差等类似问题；
[0024]
(4)本发明方法成本可控，在产业化生产和应用中具有重大的社会价值和经济价值。
附图说明
[0025]
图1为用于固体表面防润湿的气层引入装置结构示意图。
[0026]
图2本发明提供的气层作用下玻璃表面防冲击液滴润湿效果图。
[0027]
图3本发明提供的无气层作用下玻璃表面被冲击液滴润湿现象。
[0028]
图4本发明提供的雨天环境行车模拟，气层作用下的侧窗玻璃表面防润湿效果图。
[0029]
图5本发明提供的雨天环境行车模拟，无气层作用时侧窗玻璃表面视野模糊现象。
[0030]
其中：1、出风口；2、气层引入面；3、固体表面；4、空气层；5、冲击液滴。
具体实施方式
[0031]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0032]
实施例1：
[0033]
如图1所示，一种用于固体表面防润湿的气层引入装置，包括固体表面3，所述固体表面3的一侧设置有气层引入面2，所述气层引入面2上设置有出风口1，所述出风口1对应的空气层4的下表面与所述固体表面3平行；
[0034]
所述固体表面3作为液滴冲击表面，实现防润湿时，其与水平面之间具有夹角θ。
[0035]
上述气层引入装置通过在固体表面3设计出风口1引入空气层4，使得冲击在固体表面3的冲击液滴5在空气层4的作用下弹离表面而达到表面防润湿的效果。且设置空气层4的下表面与固体表面3平行，使得后续所施加的气层在固体表面3流过，进而达到防润湿的
效果。
[0036]
本实施例中的出风口1与空气压缩机的出风口1连接，通过控制空气压缩机出风口1的出气参数进而调整固体表面3的防润湿效果。
[0037]
本实施例中的出风口1的宽度可调节，其对应的空气层4的厚度h为100μm《h《5mm，在确定空气层的厚度时，气层厚度过薄，在相同的初始流速下沿x方向及y方向的损耗会很大，且无法形成薄状稳定的气流层，由于此时出风口很小，气体会发散喷出，气层厚度过厚，则所损耗的空气流量很大，此时可从其他方式来改进，如改变出风口的形状及分布；因此，在气流足够的时候，空气层的厚度越大，冲击液滴越不易润湿表面，但实际过程中是不能提供无限的气流量的。
[0038]
本实施例中的出风口1的形状为矩形、圆形或梯形，本实施例中提供了多种出风口的形状选择以适应不同的实际应用场景，具体地，在一定的气体流量q下，出风口的横截面积大小直接决定了出风口空气流速的大小，在一些需要气层覆盖面积较大的场景中，直接设计成一个出风口，如矩形平面出风口，一则需要很大的气流量才能达到所需要的气体流速，其次也会造成不必要的能量损耗，此时可考虑设计成一排间隔的圆形小孔，即不影响气层覆盖面，又不损耗气流量。
[0039]
本实施例中，基于上述空气压缩机的设置，空气层4中的空气流速u与空气流量q及出风口1大小相关；
[0040]
所述空气流量为10l/min《q《200l/min；所述空气流速u为5m/s《u《200m/s；
[0041]
具体地，一旦液滴下落至空气层，便受到空气施加在液滴上的强烈动压力，该气动力f沿垂直方向上的分量能够克服液滴的冲击惯性时则可使液滴反弹，由此可以得到气流速度u、冲击速度v和气流层厚度n的关系式为：
[0042][0043]
式中，ρ为液滴的密度，d为液滴的直径。原则上，满足该条件时即可实现防润湿。
[0044]
本实施例中，如图1所示，冲击表面与水平面的夹角θ为0
°
《θ《90
°
。
[0045]
本实施例中气层引入面2上设置的出风口1为孔阵列式结构，以扩大使用面积，满足更大需求范围内的防润湿。
[0046]
需要说明的是，本实施例中的固体表面3可以为任何材质，其作为冲击表面不受界面浸润性限制，可以为任意浸润性表面如亲水、超亲水及疏水表面等。另外，本实施例中冲击至冲击表面的液滴不受液体本身粘度和表面张力大小限制，且大多数情况下为水滴，一般来说选用直径为1mm《d《5.4mm的水滴，该液滴尺寸指的是液滴冲击实验中液滴的一个常规使用尺寸，对于实验室内进行的实验而言，这里液滴的下限是能够滴出的液滴的最小值，对于几百微几十微米大小的液滴则需要用到特殊设备或针头才能滴出。而液滴过大，即超过毛细长度，则在冲击实验中需要考虑重力的影响。在实际应用过程中，如下雨天气，液滴的尺寸则根据雨滴的大小控制，这里的液滴参数范围也考虑到了雨滴大小的分布问题。
[0047]
本实施例中还提供了上述气层引入装置在防雨车窗玻璃中的应用。
[0048]
本实施例中直接在车窗玻璃上设置气层装置实现防润湿效果，其装置结构如图1所示，在本实施例中出风口1为长方形，尺寸为15mm*2mm，采用空气压缩机通入流量q大小为20l/min的压缩空气，最终所得气层u速度为～11m/s，气层厚度h为～2mm。液滴冲击速度为
0.5m/s，冲击液滴5直径d为2.5mm。所采用的表面为普通玻璃表面。液滴冲击下落前，事先通入空气，确保气层在表面稳定流过。结果表明，在上述气层的作用下，当液滴冲击该玻璃表面时会发生弹离而始终不接触表面至于脱离表面，现象如图2所示。这说明本方法很好的实现了表面防液滴润湿的效果。
[0049]
对比例1：
[0050]
与上述实施例1不同的是，本对比例中不向空气层4中通入空气形成气层，结果表明，如图3所示，当冲击液滴在无空气层作用冲击该玻璃表明时会在表明粘附而难以脱离。
[0051]
实施例2：
[0052]
本实施例中将用于固体表面防润湿的气层引入装置用到汽车防雨车窗的实验模拟装置中，包括作为汽车侧窗玻璃的透明玻璃，作为汽车后视镜的光学镜，模拟下雨场景的雨滴喷洒器，以及出风口装置。在本实施例中，出风口1为长方形设计，尺寸为5mm*2mm。采用空气压缩机通入流量q大小为80l/min的压缩空气。雨滴喷洒器喷出雨滴速度为～5m/s，所喷洒液滴直径d分布为1mm～6mm。与实例1相同，雨滴喷洒前，事先通入空气，确保气层在表面稳定流过。结果表明，在气层的作用下，该玻璃表面时对喷洒的雨滴起到了很好的防润湿效果，因此从侧窗玻璃所获取到的后视镜画面非常清晰，防雨效果如图4所示。
[0053]
对比例2：
[0054]
与实施例2不同的是，本对比例中不通入压缩空气形成气层。结果表面，现象如图5所示当无气层作用时，冲击下来的雨滴会黏附在侧窗玻璃表面，导致从侧窗玻璃中获取的后视镜画面十分模糊。