液滴撞击非均匀润湿性壁面：格子玻尔兹曼方法研究

《Journal of Fluid Mechanics》：Droplet impact on a heterogeneous wettability wall: a lattice Boltzmann method study

　　

摘要

异质润湿性表面可在无需外部驱动的情况下被动引导撞击液滴的运动。然而，液滴跨越单一平面润湿性边界撞击时的控制机制仍未得到充分理解，尤其是当液膜发生穿孔和破裂时。本研究采用非正交多弛豫时间格子玻尔兹曼方法，考察了接触角 $\theta _R$、韦伯数 $\textit{We}$ 和无量纲撞击偏差 $D$ 的影响。增大 $\theta _R$ 可抑制铺展并促进回缩。动能谷值时间近似指数递减，而最小动能近似线性增加。回缩阶段动能峰值通常随 $\theta _R$ 增大而增大，但在 $\theta _R=170^\circ$ 时显著下降，此时液膜穿孔破坏了协调回缩过程。增大 $\textit{We}$ 可提升峰值有效表面能、涡量和润湿面积，但降低了归一化回缩阶段动能峰值。穿孔和破碎将能量重新分配为局部变形和粘性耗散，从而削弱协调回缩和横向迁移。将撞击位置向润湿性较弱的区域偏移可抑制铺展但增强回缩。回缩阶段涡量在 $D=0$ 时最大，而横向迁移表现出两种依赖偏差的规律。这些结果表明，表面润湿性对比和液膜连通性在液滴定向传输中起着重要作用。

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脚注

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李英杰和严伟伟对本工作的贡献相同。

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