从生物学到工程学，诸多应用都是基于粗糙表面的毛细现象，如植物吸收养分、血液运输、纸基快速诊断、微流控燃料电池和页岩气/油运输等。粗糙（波纹）表面与光滑表面所表现出来的表观接触角有所区别（图1），导致毛细力发生变化，影响毛细流动的动力学特性以及平衡状态下毛细上升高度。通过理论直观地研究波纹（粗糙）通道内毛细流动的动态过程尤其缺乏。
实验室研究人员针对一种圆柱形波纹管内的毛细动力学现象开展研究，其内壁为理想余弦型，由两个关键形貌参数确定：波动幅值和轴向波数。为使研究结果具有普适性，考虑任意角度放置的管道，首先建立液体弯月面与波纹壁面之间动态接触角随其形貌变化的表达式；随后，针对管内液体的毛细动力学，建立包含惯性、粘度和重力的理论模型。为便于分析毛细上升不同阶段的动力学特性，引入一个包含惯性、粘度和重力的无量纲数，利用所建立模型，量化其对弯月面上升高度的影响。结果表明，波数较大时，平衡状态下的毛细上升高度一般低于相同特征尺寸的光滑管；波数较小时，平衡状态下的毛细上升高度则高于相同特征尺寸的光滑管（图2）。原因是增加波数导致静流阻增大，毛细上升的阻力相应增大；波数较小时，弯月面到达平衡高度时，管径的变化不大且弯月面位于较小管径，故液面可以上升的更高。流体的黏度足够小时，相较于光滑管，波纹管内的毛细振荡得到缓解，更易形成稳定的毛细流动。减小波纹管的倾斜角度可增加平衡状态下的毛细上升高度。本研究不仅为实验研究波纹（粗糙）通道的毛细动力学特性提供了理论基础，还为研究微重力环境下人体血液流动特性及流体的管理和控制提供了理论依据。
图1.波纹壁面表观接触角与静态接触角的几何关系
图2.液面平衡高度等值线图
该成果以“Dynamics of capillary flow in an undulated tube”为题的论文发表在国际流体力学著名期刊Physics of Fluids上。该论文是由南京航空航天大学雷杰超博士后与西安交通大学徐志敏在卢天健教授（通讯作者）的指导下完成的，论文的其他作者还包括西安交通大学辛锋先教授。该工作得到了国家自然科学基金等的支持。
