低冲击能量下液滴撞击加热基底时气垫动力学研究
流体动力学
2023-09-18 v2
摘要
我们利用高速反射干涉成像与理论分析，研究了低冲击能量下液滴撞击加热表面时其下方气层的动力学。气膜被划分为两个互不相连的区域：中央凹陷与外围圆盘。我们阐明高斯轮廓可近似描述中央空气凹陷的动态形状演化。我们进一步观察到，凹陷几何形状是冲击能量的函数，其对表面温度的依赖相对较弱。气层破裂时间与破裂半径随基底温度升高而增大。我们将气层轮廓刻画为二维克努森场，并表明需要一种统一的处理方法（包含连续介质与非连续介质力学）来连贯地理解气层动力学。中央凹陷区的气流动力学属于连续介质斯托克斯 regime；相比之下，外围空气圆盘属于以高克努森数为特征的非连续介质（气体动力学效应）滑移流与过渡 regime。然而，外围空气圆盘的初始平均膨胀动力学可用斯托克斯近似理解。在外围空气圆盘的非连续介质 regime 中，我们发现了有趣的非对称界面扰动。基底的非对称润湿始于外围圆盘区的边缘。这些扰动结构导致液滴与基底之间的非对称润湿/接触。由于圆盘区中毛细作用与范德华相互作用的渐近效应，亚微米空间结构可在短时间尺度内存在。
引用
@article{arxiv.2303.00444,
title = {Insights into air cushion dynamics during drop impact on heated substrate at low impact energy},
author = {Durbar Roy and Srinivas Rao S and Vishnu Hariharan and Saptarshi Basu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.00444},
year = {2023}
}