液滴撞击圆柱表面的冲击力与铺展特性

液滴撞击现象在自然界和工业中无处不在。现有的液滴撞击研究主要集中在液滴撞击平面的运动学上，而对圆柱表面的研究相对有限，特别是基于受力的视角。本文通过数值模拟研究了液滴撞击圆柱表面，特别关注铺展行为和作用于壁面的冲击力。在沉积模式下，冲击力曲线出现单峰，对应于液滴初始动量的快速传递。在反弹模式下，观察到两个不同的峰值，第二个峰值源于回缩过程中的反作用力。增加表面润湿性会使不对称系数（即圆柱周向和轴向最大铺展长度之比）先减小后逐渐趋于常数，而表面润湿性对初始冲击力的影响可以忽略不计。随着 Weber 数 We 增大，冲击力的第一个无量纲峰值 $F_{p1}^{*}$ 趋于常数，其关系可表示为 $F_{p1}^{*}={\beta}_1+{{\beta}_2}{{We}^{-1}}$（其中 ${\beta}_1$ 和 ${\beta}_2$ 为常数）。无量纲最大铺展面积、无量纲最大铺展长度、无量纲最大铺展角和不对称系数均与 Weber 数和 Ohnesorge 数呈幂律关系。此外，圆柱与液滴直径比的增加会导致不对称系数减小以及冲击力第一个无量纲峰值增大。