机械工程学报

作者：姜晨, 陈飞昊, 郝宇, 许世炜

单位：上海理工大学机械工程学院 上海 200093

关键词：液体单向铺展,猪笼草口缘区,Young-Laplace方程,回流抑制,半圆管型微流道；

基金：国家自然科学基金资助项目(51475310)。

针对尺度小于一百微米级的仿猪笼草口缘区结构制备成本高且工艺复杂的问题，采用3D打印制备该结构的百微米级大尺寸半圆管型微流道模型并以增强液体单向铺展性为优化目标，基于Young-Laplace方程对该结构进行优化设计。依据毛细理论和反向钉扎分析大尺寸仿猪笼草口缘区结构表面的液体单向铺展机理；由Young-Laplace方程引入棱脊间隙c，提出反向回流抑制机制；结合有限元仿真，得出棱脊间隙c与结构体长l的设计规律，优化该结构的半圆管型微流道；开展液体滴定试验，观察该优化结构半圆管型微流道的液体单向铺展性，获得性能理想的大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道优化模型。结果表明：c与l越大，大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道的平均出口速度越小，速度衰减率较高；当l=500 μm且c=20 μm时，单向铺展性得到明显提高，铺展系数至高提升106.9%，反向铺展距离至高降低58.14%；仿真平均速度与试验计算速度变化趋势相同。该研究结果对基于3D打印工艺制备的百微米级大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道液体单向铺展性的提高具有一定的指导意义，同时避免了传统制备工艺复杂且成本高的不足。

来源：2025年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

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