Interplay of roughness and wettability in microchannel fluid flows—Elucidating hydrodynamic details assisted by deep learning

滑脱 物理 微通道 阻力 水力粗糙度 机械 流体力学 表面光洁度 表面粗糙度 打滑(空气动力学) 润滑 热力学 机械工程 复合材料 材料科学 工程类
作者
Nilanjan Mondal,Vinay Arya,P. Prabhu Prasad Sarangi,Chirodeep Bakli
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (6) 被引量:17
标识
DOI:10.1063/5.0208554
摘要

Under microconfinement, the complex interaction between surface roughness and fluid slippage yields unexpected variations in friction factor and drag reduction. These variations arise from the combined effects of roughness and hydrophobic interactions of the surface with the hydrodynamic field. Our study investigates alterations in frictional characteristics within long microchannels, considering fluid slippage, hydraulic diameter, and roughness. This exploration holds promise for precise drag reduction control applications for lab-on-a-chip and small-scale devices. To address computational limitations in analyzing diverse hydrodynamic conditions, we employ an artificial neural network prediction model, validated with experimental and numerical results. Contrary to the macroscopic conclusions obtained from the Moody chart, our findings indicate that fluid slippage, apart from surface roughness, significantly influences the friction factor. The interdependencies of friction factor on the flow and fluid parameters are thoroughly studied toward the proposition of a new slip-modified constricted flow friction factor formula, predicting friction in microchannels with combined roughness and hydrophobicity effects. This combined numerical and machine-learning approach presents a noteworthy counterpart to the moody chart at microscales offering the potential for a unified continuum-based description to include interfacial effects.
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