脂雾-弹跳相变动力学模型：基于随机粗糙表面的液滴冲击
流体动力学
2026-03-11 v1 计算物理
摘要
液滴冲击粗糙表面在诸多应用中至关重要，却仍不完全为人所知。本文旨在利用体积流体仿真方法揭示随机疏水表面上液滴冲击的动力学。我们使用 Weierstrass-Mandelbrot 函数生成 RMS 粗糙度范围为 2 至 50 微米的随机分形表面。在韦伯数范围为 5.7 至 12.9 且 RMS 粗糙度范围为 0 至 50 微米的情况下，确定了包括无弹跳、完全弹跳和弹跳破裂三个可辨认的冲击结果。我们考察了在不同速度和表面形貌条件下冲击事件的扩散、收缩、再扩散和破裂阶段。数值仿真显示，最大扩散系数随表面粗糙度的线性增大而减小。分别提出了针对小粗糙度和大粗糙度表面液滴冲击的两种尺度律。关键发现在于，液滴接触时间恒定不变，与韦伯数和表面粗糙度均无关。韦伯数与表面粗糙度的共同作用决定了液滴冲击的液湿-弹跳相变，较大的粗糙度可延迟该相变。本工作阐明了随机粗糙表面上液滴冲击动力学的机制，为基于液滴的应用提供了新的见解。
引用
@article{arxiv.2603.09267,
title = {Modelling wetting-bouncing transitions of droplet impact on random rough surfaces},
author = {Huihuang Xia and Yixiang Gan and Wei Ge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.09267},
year = {2026}
}
备注
36 pages, 13 figures