本发明专利技术提供一种雨滴驱动的旋转运动装置，包括雨水运输部件、集水部件和水射流缝隙。锥形的雨水运输部件最大直径和圆环状的集水部件直径相等，便于雨水的收集。雨水运输部件和集水部件表面均具有超疏水性。具有超亲水性的水射流缝隙沿集水部件呈圆周均匀分布，水射流缝隙具有一定的倾角，便于射出的雨滴反作用于装置而产生扭矩促进装置产生旋转运动。本发明专利技术能够将雨滴的表面能转化为装置的动能，雨滴驱动过程具有相应快、动力大、持续时间长等优点，可实现雨滴对装置的高效持续旋转驱动，应用范围广。围广。围广。
【技术实现步骤摘要】
一种雨滴驱动的旋转运动装置
[0001]本专利技术涉及一种雨滴驱动的旋转运动装置，可将雨滴的表面能转化为装置的动能。
技术介绍
[0002]降雨是一种常见的自然现象。然而，雨滴的能量也随着降雨融入水面的过程而耗散。为了收集并充分利用降雨过程中雨滴所存储的能量，科研工作者做了大量工作，其中之一就是利用雨滴驱动物体产生运动。文献Advanced Functional Materials,2020,30(16),1910599报道了一种将提前收集的雨滴滴落在超疏水表面上的超亲水孔上时，雨滴可穿过孔并产生射流，进而驱动整个装置在水面运动的现象。但该装置对雨滴的滴落位置要求较高，只有准确且十分温柔地滴落在孔上的单个雨滴才能实现对该装置的驱动。文献(自发缝隙水射流现象及其自驱动微型船研究,2021,大连理工大学)报道了一种水滴通过超亲水缝隙产生射流并驱动小船运动的现象，实现了水滴能量到小船动能的转化，但该设计对水滴的滴落位置要求较高且只能实现小船的直线运动。文献Nature Communications,2019,10(1),950报道了一种雨滴在撞击具有亲水图案的超疏水表面并反弹时产生回转现象，在和亲水图案间钉扎力的作用下，回转的雨滴可带动通过磁力悬浮的基体产生旋转运动的现象，实现了雨滴能量到基体动能的转换。但只有滴落在亲水图案中心部位的雨滴才能驱动旋转，故驱动效率和能量利用率均较低。
[0003]综上所述，现有的利用雨滴能量驱动物体运动的方法具有一定的局限性，无法捕获密集、量大、速度高的雨滴来驱动物体产生旋转运动。<br/>
技术实现思路
[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种绿色环保、可利用雨滴能量实现持续旋转运动的装置。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种雨滴驱动旋转运动的装置，包括雨水运输部件1、集水部件2和水射流缝隙3。
[0007]所述的雨水运输部件1为金属材料，呈锥体，锥角为60～160
°
，表面依次通过化学刻蚀、低表面修饰后，获得超疏水性，水滴在其上的接触角大于150
°
。
[0008]所述集水部件2为金属材料，呈圆环状，表面通过激光刻蚀或化学刻蚀后，进行低表面能修饰，获得超疏水性。沿集水部件2圆周，通过激光刻蚀的方法在圆环上等间距加工出多个具有一定倾角的水射流缝隙3，其中水射流缝隙3的方向与圆环直径间夹角为10
°
～80
°
，水射流缝隙3的宽度为0.2～0.6mm，水射流缝隙3的表面具有超亲水性，水滴在表面的接触角小于10
°
。
[0009]所述雨水运输部件1最大直径和集水部件2直径相等，集水部件2的一端和雨水运输部件1的最大直径处的外沿连接。当雨滴滴落到装置上时，在雨水运输装部件1的作用下，雨滴运动并接触到集水部件2上倾斜的超亲水缝隙，雨滴在内部拉普拉斯压力的作用下形
成射流并反作用于装置而驱动其产生旋转运动。
[0010]进一步的，所述的水射流缝隙3的缝隙宽度和倾斜角度可以根据装置旋转速度要求和降雨量的大小加工出不同的规格。
[0011]进一步的，所述的雨水运输部件1为铝合金或镁合金等密度较小的金属材料。
[0012]进一步的，所述的集水部件2为铝合金或镁合金等密度较小的金属材料。
[0013]本专利技术与现有的雨滴驱动旋转装置相比，具有如下有益效果：
[0014]1)本专利技术结构简单，无需使用昂贵的材料，应用范围广。
[0015]2)本专利技术无需设计复杂的润湿性图案，通过运输和收集装置可实现对滴落在装置内任意位置的雨滴进行收集并利用，对雨滴的滴落位置没有精确要求。
[0016]3)本专利技术利用雨滴内部拉普拉斯压力进行驱动，雨滴能量释放速度快，通过连续添加雨滴可实现高效持续的驱动，能量利用率较高。
[0017]4)本专利技术可设计装置的大小、缝隙宽度和倾斜角度来适应不同流量的降雨，以达到最佳的旋转驱动效果。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一种雨滴驱动的旋转运动装置结构示意图；
[0019]图2为图1沿A
‑
A面的剖视图；
[0020]图3为图1的仰视图；
[0021]图中：1雨水运输部件，2集水部件，3水射流缝隙。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0023]实施例1
[0024]一种雨滴驱动的旋转运动装置的结构如图1所示，包括雨水运输部件1、集水部件2和水射流缝隙3。整个装置所用材料为铝合金材料，雨水运输部件1和集水部件2尺寸相等，直径约为30mm，集水部件2高度为15mm。雨水运输部件1整体呈椎体，锥角为120
°
，表面的超疏水性通过激光刻蚀和低表面能修饰获得，水滴在其上接触角大于150
°
。集水部件2通过激光刻蚀加工出宽度为0.3mm，长度为12mm，倾斜角度为45
°
的超亲水缝隙，缝隙一端延伸到集水部件2的底端。缝隙内部具有超亲水性，水滴在其上接触角小于10
°
。整个装置的剖视图和仰视图如图2和图3所示，可见超亲水缝隙在集水部件2均匀分布且呈现一定角度。当雨滴滴落到装置上时，在雨水运输部件1的作用下，雨滴运动并很容易接触到集水部件2上倾斜的超亲水缝隙，雨滴在内部拉普拉斯压力的作用下形成射流并反作用于装置而驱动其产生旋转运动。
[0025]实施例2
[0026]一种雨滴驱动的旋转运动装置的结构如图1所示，包括雨水运输部件1、集水部件2和水射流缝隙3。整个装置所用材料为镁合金材料，雨水运输部件1和集水部件2尺寸相等，直径约为20mm，集水部件2高度为10mm。雨水运输部件1整体呈椎体，锥角为140
°
，表面的超疏水性通过激光刻蚀和低表面能修饰获得，水滴在其上接触角大于150
°
。集水部件2通过激光刻蚀加工出宽度为0.2mm，长度为8mm，倾斜角度为30
°
的超亲水缝隙，缝隙一端延伸到集
水部件2的底端。缝隙内部具有超亲水性，水滴在其上接触角小于10
°
。整个装置的剖视图和仰视图如图2和图3所示，可见超亲水缝隙在集水部件2均匀分布且呈现一定角度。当雨滴滴落到装置上时，在雨水运输装部件1的作用下，雨滴运动并很容易接触到集水部件2上倾斜的超亲水缝隙，雨滴在内部拉普拉斯压力的作用下形成射流并反作用于装置而驱动其产生旋转运动。
[0027]实施例3
[0028]一种雨滴驱动的旋转运动装置的结构如图1所示，包括雨水运输部件1、集水部件2和水射流缝隙3。整个装置所用材料为镁合金材料，雨水运输部件1和集水部件2尺寸相等，直径约为40mm，集水部件2高度为25mm。雨水运输部件1整体呈椎体，锥角为160
°
，表面的超疏水性通过激光刻蚀和低表面能修饰获得，水滴在其上本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种雨滴驱动旋转运动的装置，其特征在于，所述的装置包括雨水运输部件(1)、集水部件(2)和水射流缝隙(3)；所述的雨水运输部件(1)为金属材料，呈锥体，锥角为60～160
°
，表面依次通过化学刻蚀、低表面修饰后获得超疏水性，水滴在其上的接触角大于150
°
；所述集水部件(2)为金属材料，呈圆环状，表面通过激光刻蚀或化学刻蚀后，进行低表面能修饰，获得超疏水性；沿集水部件(2)圆周，通过激光刻蚀的方法在圆环上等间距加工出多个具有一定倾角的水射流缝隙(3)，其中水射流缝隙(3)的方向与圆环直径间夹角为10
°
～80
°
，水射流缝隙(3)的宽度为0.2～0.6mm，水射流缝隙(3)的表面具有超亲水性，水滴在表面的接触角小于10
【专利技术属性】
技术研发人员：宋金龙，陈阳，张柄桢，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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