黏度在非润湿表面液滴撞击力中的作用

液滴撞击刚性基底时会因法向反作用力发生变形与铺展，该力与表面张力相抗衡。在非润湿基底上，液滴随后回缩并脱离。我们近期的工作（Zhang 等，\textit{Phys. Rev. Lett.}，卷 129，2022，104501）揭示了法向力 $F(t)$ 随时间演化中的两个峰值——一个在撞击时，另一个在脱离时。第二个峰值与 Worthington 射流的形成相吻合，该射流在高黏度下因黏性耗散增强影响流动聚焦而消失。本文中，我们利用实验、直接数值模拟和标度分析，刻画了撞击峰值振幅 $F_1$ 与脱离峰值振幅（$F_2$），并阐明了它们对控制参数：韦伯数 $We$（无量纲撞击动能）和奥内佐格数 $Oh$（无量纲黏度）的依赖性。第一个峰值振幅 $F_1$ 及其到达时间 $t_1$ 在低黏度液体下取决于惯性时间尺度，在黏度直至水的 100 倍时几乎保持不变。对于高黏度液体，我们平衡动能变化率与黏性耗散得到新的标度律：$F_1/F_\rho \sim \sqrt{Oh}$ 和 $t_1/\tau_\rho \sim 1/\sqrt{Oh}$，其中 $F_\rho$ 和 $\tau_\rho$ 分别为惯性力和时间尺度，这与我们的数据一致。振幅 $F_2$ 出现的时间 $t_2$ 由惯性-毛细时间尺度 $\tau_\gamma$ 决定，与液滴黏度和撞击速度均无关。然而，这些属性决定了该振幅的大小。