剪流动条件下超疏水表面的液滴撞击：格子玻尔兹曼模拟与标度分析
流体动力学
2026-03-11 v1
摘要
液滴在气流环境中的撞击是自然界和工业中普遍存在的现象，理解这种多相行为对于anti-icing 和喷雾冷却等技术至关重要。本研究利用伪势能多相格子玻尔兹曼方法对剪流动条件下超疏水表面的液滴撞击动力学进行了数值研究。该三维模型采用非正交多复宽时间方案以增强数值稳定性，并采用接触角滞留窗口有效地捕捉动态润湿。具体而言，气流提供的动能增强了沿程 spreading，显著扩大了最终接触 footprints 由于持续的水平滑动。为描述这些接线特性对冲击 Weber 数（We）和气流 Reynolds 数（Re）的非线性依赖，本文基于包含气流贡献的修正 Weber 数（We*） developing 了一组复合标度经验式。此外，气动效应导致更高的速度 restitution 系数和偏转 take-off 角。基于脱离时的能量分区分析，推导了以精细的幂律形式标度垂向 restitution 系数的经验式，而沿向 restitution 系数则通过滑动速度近似法给出。将这两个方向分量整合后，可准确定量预测由 We 和 Re 相互作用支配的总体 restitution 系数和 take-off 角。总体而言，本研究阐明了液滴-气流-表面相互作用的底层机制，为在气动条件下预测液滴行为和指导表面设计提供了实用见解。
引用
@article{arxiv.2603.09136,
title = {Droplet impact on a superhydrophobic surface under shear airflow: Lattice Boltzmann simulations and scaling analyses},
author = {Yang Liu and Xuan Zhang and Yiqing Guo and Xiaomin Wu and Jingchun Min},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.09136},
year = {2026}
}
备注
24 pages, 13 figures, submitted to IJMS