氧化镓铟锡液滴在粗糙及加热基底上的冲击动力学

《Langmuir》：Impact Dynamics of Oxidized Galinstan Droplets on Rough and Heated Substrates

　　

摘要

液态金属液滴撞击在热管理、涂层和增材制造中起着关键作用，但其在粗糙和加热表面的动力学行为仍有待阐明。本研究通过实验研究了氧化镓铟锡（Galinstan）液滴对固体基底的撞击，在无凝固的条件下分离了表面粗糙度和基底温度的影响。实验在较宽的参数范围内进行：韦伯数（0.15 ≤ We ≤ 720）、平均表面粗糙度（0.2 nm ≤ R_a ≤ 19.5 μm）和表面温度（25 °C ≤ T_s ≤ 400 °C）。我们的结果表明，表面粗糙度通过降低临界撞击速度来促进飞溅。通过在所研究的参数范围内拟合实验数据，结合无量纲粗糙度（r）、雷诺数（Re）和欧内索格数（Oh），建立了经验飞溅阈值，ReOh^4/5 = 9.8r^–0.28。尽管表面粗糙度对飞溅有强烈影响，但由于镓铟锡的高表面张力，其对最大铺展系数（β_max）的影响可忽略不计。基底温度的影响同样较小，因为在铺展过程中液滴温度的变化仅导致液体性质和随后的撞击动力学发生微小变化。在所有 T_s 和 R_a 条件下，β_max 的实验数据汇聚到一条经验关联式，β_max = 0.1(2154 + We/Oh)^0.3，其中 $Oh～\mathcal{O}({10}^{?4})$，且 0.15 ≤ We ≤ 720。