微粒浮筏上滴落：表面湿性、密度与尺寸决定雨滴冲击下的溅射与微塑料喷射
流体动力学
2026-03-18 v1
摘要
雨滴冲击海洋被提出为微塑料从海水输送至大气的机制，但微塑料悬浮层上颗粒喷射的界面动力学尚存许多未知。我们在雨滴相关冲击条件下，探讨了滴落冲击于微粒单层（浮筏）上的行为，考察了不同尺寸、密度和湿性的浮筏。微粒浮筏显著影响溅射动力学、气泡坍塌和Worthington jet 的形成。溅射临界值由颗粒引起的表面粗糙度和毛细黏附决定：深入浸入的颗粒稳定了扩散层，仅产生微滴；而浅层浸入的颗粒不稳定边缘，促进毛刺形成和溅射。冲击后，浮筏特性决定波纹-浪涛动力学，将分为弹性与刚性两大 regime。亲水性强的浮筏在冲击时可实现颗粒喷射，形成包覆颗粒的Worthington jet，碎裂成液滴球，提供了高效的气相转化途径；相比，较低的亲水性浮筏冲击时喷射有限，但仍支持Worthington jet 介导的运输。尽管存在这些差异，溅射阈值和Worthington jet 高度在简单的几何-惯性-毛ileo比例下均可坍缩。这些结果表明，颗粒单层如何修改典型的滴落冲击行为，并识别了雨落将微塑料从海洋输送至大气的界面条件，为相关的滴落-颗粒过程（如土壤侵蚀、砂砾表面的冲击）提供了参考。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.15896,
title = {Droplet Impact on Microparticle Raft: Wettability, density and size govern splashing and microplastic ejection from rafts under raindrop impact},
author = {Muhammad Hamza Iqbal and Alfonso Arturo Castrejón-Pita and José Rafael Castrejón-Pita and Miguel A. Quetzeri Santiago},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.15896},
year = {2026}
}