莱顿弗罗斯特爆炸

我们展示了一段流体动力学视频，呈现了由水和表面活性剂（SDS，十二烷基硫酸钠）混合物组成的莱顿弗罗斯特液滴的行为。当液滴被释放到加热至特定温度以上的平板上时，一层薄薄的蒸汽将液滴与平板隔离，使液滴悬浮于平板之上，这被称为莱顿弗罗斯特效应。在本工作中，我们研究了添加表面活性剂对莱顿弗罗斯特现象的影响。随着液滴蒸发，SDS 浓度上升至超过临界胶束浓度（CMC）两个数量级。我们观察到了一种意外且剧烈的爆炸行为。该视频展示了用高速相机（IDT-N4，30000 fps）拍摄的多次爆炸。所有实验均在加热至 300{\deg}C 的平板上进行。另一方面，初始 SDS 量通过两种方式调节：(i) 改变 SDS 的初始浓度，(ii) 改变液滴的初始尺寸。通过测量爆炸前瞬间的液滴体积，我们能够估算 SDS 的最终浓度。我们发现爆炸总是发生在约 100 倍 CMC 的临界浓度附近。我们还研究了爆炸前瞬间的液滴。通过在爆炸前将液滴隔离在冷板上，我们证实了存在一个包围液体核的外壳。我们得出结论，超过临界浓度后会形成固体外壳。这导致液滴内部压力增加直至外壳破裂。压力的释放伴随着剧烈的爆炸，在某些情况下还伴有泡沫产生。