加热柱体上液滴撞击与Leidenfrost动力学

本研究通过实验探究了液滴撞击加热毫米级柱体时的流体破碎与Leidenfrost动力学。利用高速光学与红外成像，我们研究了液滴寿命、破碎与沸腾模式，以及不同基底的冷却性能。与平坦基底相比，柱体基底使液滴寿命更短且Leidenfrost温度高20{\\deg}C，这归因于沿柱体高度的混合沸腾模式及额外的钉扎。对于低于Leidenfrost点的温度（核态沸腾区），柱体基底也比平坦基底提供更大的最大温降。增强的冷却能力可归因于更好的液滴钉扎和更大的液滴-基底接触面积。柱体优越的冷却性能在倾斜表面撞击时尤为明显，此时柱体成功阻止液滴滚落与弹跳，使最大局部温降增加51%至180%。有趣的是，在略高于Leidenfrost点温度且韦伯数相对较窄的范围内，由于惯性、毛细和气泡（薄膜）动力学的复杂相互作用，柱体基底上的液滴会回弹而非破碎。总体而言，研究结果表明，大尺度结构在非等温液滴撞击过程中提高了Leidenfrost温度并增强了液滴破碎与界面传热效率。