黏性流体液滴撞击超疏水壁面奇异射流的试验与模拟

摘要：

液滴在特定条件下撞击超疏水壁面会形成奇异射流现象,该现象产生机理及调控机理有待进一步研究.基于高速显微数码摄像技术,研究不同黏度(0.9～27.7 mPa.s)牛顿流体液滴撞击超疏水壁面(静态接触角为158°)的动态行为,归纳奇异射流发生的相图.通过水平集相界面追踪法,建立液滴撞击超疏水壁面的有限元数值模型.研究结果表明:对于中低黏度(甘油质量分数小于67 wt.％)的液滴,奇异射流现象发生在特定的We数区间.随着液滴黏度的增大,发生奇异射流的We数阈值提高.当液滴的黏度大于14.2 mPa·s后,即使继续提高液滴撞击速度(We＞100),奇异射流现象不再出现.奇异射流的产生与回缩阶段液滴内空腔的形成有关,且发生射流时空腔底部有很大的压力集中区.黏度的改变会影响液滴内空腔底部气液交界处的界面形态.随着黏度增加,空腔底部气液相界面将由上凸形转变为下凹形,无法形成向上的射流.奇异射流主要发生于Re在700～1 000的区域,且在该区间内奇异射流发生的We数区域较宽,可为液滴动力学行为调控提供理论依据.

关键词：液滴撞击、牛顿流体、奇异射流、水平集法

所属期刊栏目：36

分类号：TG156;TB114(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金51876086

在线出版日期：2023-03-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：124-134