超疏水表面上聚并诱导的聚合物液滴跳跃的数值模拟
流体动力学
2024-04-02 v1 软凝聚态物质
摘要
通过三维直接数值模拟研究了超疏水表面上两个聚合物液滴的自推进跳跃。两个相同的粘弹性流体液滴在接触角 180 度的表面上滑动、相遇并聚并。液滴由 Giesekus 本构方程建模，引入了粘弹性与剪切稀化效应。采用 Cahn-Hilliard 相场法捕捉液滴界面。模拟捕捉到了液滴的自发聚并与跳跃。在毛细-惯性与粘性 regime 下研究了弹性与剪切稀化对聚并与跳跃的影响。结果揭示，在大 Ohnesorge 数下，液滴的弹性改变了牛顿液滴已知的毛细-惯性速度标度；当弹性引起合并液滴可见的形状振荡时，由此产生的粘弹性液滴比牛顿液滴在更大的 Ohnesorge 数下从表面跳跃。数值结果表明，聚合物链在聚并期间及两液滴脱离前被拉伸，由此在界面处产生的弹性应力诱导液体跳出表面。本研究表明，许多生物与工业应用中典型的粘弹性会影响超疏水与自清洁表面上的液滴行为。
引用
@article{arxiv.2202.07579,
title = {Numerical simulation of the coalescence-induced polymeric droplet jumping on superhydrophobic surfaces},
author = {Kazem Bazesefidpar and Luca Brandt and Outi Tammisola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.07579},
year = {2024}
}