[论文解读] Splashing of liquids: interplay of surrounding gas and surface roughness

Lei Xu, Loreto Barcos+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Fluid Dynamics and Heat Transfer被引用 5

一句话总结

本研究识别出两种驱动液滴飞溅的机制：由周围气体压力引发的冠状飞溅，以及由基底表面粗糙度触发的即时飞溅。通过分析液滴尺寸分布，作者揭示了两种机制下液滴喷射的潜在长度尺度，阐明了飞溅形态的物理起源。

ABSTRACT

We investigate two parameters, gas pressure and substrate roughness, that control the dynamics of splashing when a liquid drop hits a dry solid surface. We associate each of the two distinct forms of splash reported in the literature with one of these parameters: corona splashing is caused by instabilities produced by the pressure of the surrounding gas; prompt splashing is due to surface roughness. The size distribution of ejected droplets reveals the length scales of the underlying droplet-creation process in both cases.

研究动机与目标

• 理解在液滴撞击过程中观察到的两种不同飞溅形态背后的物理机制。
• 分离周围气体压力与基底表面粗糙度在飞溅动力学中的作用。
• 确定这些参数如何影响喷射液滴的尺寸分布。
• 将观察到的液滴尺寸分布与飞溅形成过程的潜在长度尺度联系起来。

提出的方法

• 系统性地改变环境气体压力，以隔离其对飞溅形成的影响。
• 使用具有可控表面粗糙度的基底，以研究其对飞溅行为的影响。
• 利用高速成像捕捉飞溅动力学并测量喷射液滴的尺寸分布。
• 分析液滴尺寸分布，以推断液滴生成过程的特征长度尺度。
• 在不同气体压力和表面粗糙度条件下，比较飞溅形态。
• 基于时间特征和形态特征，将飞溅分类为冠状型与即时型。

实验结果

研究问题

• RQ1 周围气体压力在引发冠状飞溅中起什么作用？
• RQ2 基底表面粗糙度如何促进即时飞溅？
• RQ3 每种飞溅机制中液滴喷射的特征长度尺度是什么？
• RQ4 冠状飞溅与即时飞溅的液滴尺寸分布有何不同？
• RQ5 两种飞溅类型是否可分别唯一归因于气体压力与表面粗糙度？

主要发现

• 冠状飞溅由周围气体压力引发的不稳定性驱动。
• 即时飞溅由基底表面粗糙度引起。
• 喷射液滴的尺寸分布反映了飞溅机制的潜在长度尺度。
• 观察到冠状飞溅与即时飞溅具有不同的液滴尺寸分布，表明其物理过程不同。
• 气体压力控制冠状飞溅的起始，而表面粗糙度则决定即时飞溅的时机与形态。
• 本研究证实，两种飞溅类型在物理上是不同的，且可分别归因于主导参数的差异。