驱动莱顿弗罗斯特液膜坍塌的热润湿不稳定性
流体动力学
2021-02-16 v4 软凝聚态物质
摘要
高于称为莱顿弗罗斯特点（LFP）的临界温度时，受热表面可将液滴悬浮于其自身蒸气膜之上。绝缘蒸气膜在冶金淬火和电子器件热控制中可能极具危害，但也可被用于减阻和发电。对LFP的调控多通过实验进行，由此产生了多种半经验模型，分别考虑瑞利-泰勒不稳定性、成核速率和过热极限。然而，由于LFP对不同流体差异显著，并受系统压力、表面粗糙度和液体润湿性影响，真正全面的模型一直难以建立。本文中，我们识别出小尺度下的蒸气膜不稳定性，它最终决定了莱顿弗罗斯特点的坍塌条件。通过线性稳定性分析表明，液膜的主要稳定机制为液-气表面张力、蒸气的黏性输运以及液-气界面处的蒸发。同时，体相液体与固体基底跨越蒸气相的范德华相互作用驱动膜坍塌。这一对蒸气膜动力学的物理洞察使我们推导出流体莱顿弗罗斯特点的从头算数学表达式。该表达式捕捉了不同流体在各种表面润湿性和环境压力下的LFP实验数据。对于润湿表面的流体（本征接触角小），该表达式可简化为一个单一无量纲数，其囊括了控制LFP的热润湿不稳定性。
引用
@article{arxiv.1907.03810,
title = {The thermo-wetting instability driving Leidenfrost film collapse},
author = {Tom Y. Zhao and Neelesh A. Patankar},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.03810},
year = {2021}
}