液滴撞击固体表面的动力学：冲击力演化与自相似铺展

我们研究了液滴撞击干燥固体表面的动力学。通过将高速摄影与快速测力同步，我们在广泛的雷诺数范围内同时测量了撞击液滴形状与冲击力的时间演化。在高 Re 时，即惯性主导撞击过程的情况下，我们表明冲击力的早期演化遵循平方根标度律，定量上与最近的自相似理论一致。这一观察为高 Re 下液滴初始撞击阶段存在向上传播的自相似压力场提供了直接的实验证据。随着 Re 减小，粘性力逐渐显现，我们利用微扰方法分析了粘性液滴冲击力的早期标度。该分析定量地吻合了我们的实验，并成功预测了随着 Re 减小最大冲击力及其对应峰值时间的趋势。此外，我们讨论了粘弹性对冲击力时间特征的影响。最后，我们还研究了高 Re 下液滴在初始撞击后的铺展。特别地，我们找到了惯性驱动液滴铺展的一个精确的无参数自相似解，该解定量预测了高 Re 下铺展液滴的高度。本文还讨论了该自相似方法在液滴铺展中的适用极限。因此，我们的研究为跨越惯性、粘性和粘弹性区域的冲击力时间演化提供了定量理解，并为液滴撞击过程的自相似动力学提供了新见解。