液滴穿过孔口时的局部速度变化：孔口边缘几何与表面润湿性的影响

我们研究了重力驱动液滴撞击并穿过受限孔口时其内部及周围的速度变化，其中考虑了孔口的边缘几何（圆边与尖边）和表面润湿性（疏水与亲水）。利用折射率匹配与 time-resolved PIV，我们量化了液滴在撞击及穿过圆边孔口过程中液滴与周围流体中的能量重分布。测量显示了以下两方面的重要性：a) 液滴动能传递至周围液体并在其中耗散；b) 液滴因撞击及穿过孔口时的内部变形与旋转而产生的动能。圆边孔口阻止了液滴与孔口表面的接触，而尖边则在撞击瞬间即促进接触，改变了近表面流场及液滴通过动力学。对于尖边疏水孔口，接触线保持在孔口边缘附近局部化，但滑移与钉扎强烈影响液滴传播与结果。另一方面，对于尖边亲水孔口，接触线远离孔口边缘传播，其运动与液滴及周围流体中的全局速度场耦合。通过考察液滴极小穿透下在亲水孔口表面的接触线传播，我们刻画了呈现变指数幂律依赖的液滴铺展两阶段。第一阶段，接触线在撞击惯性与重力影响下传播。第二阶段，惯性影响减弱，接触线主要因润湿性而传播。