壁面润湿性对液滴撞击曲面的动力学过程影响研究

Droplet impact on curved surfaces is a complex dynamic process. Surface wettability is an important influencing factor, which can lead to conspicuous and non-negligible interface effects. The related study on the surface phenomenon and the transmission characteristics is an important foundation issue. The existing research on the wettability effects of droplet impact on curved surfaces is less. This project focuses on the study of surface wettability effects on the kinetic characteristics during the droplet impacting on curved surfaces. Experimental tests, theoretical analysis, and simulation are used to explore the interface effect, scale effect and temperature effect in the uneven force potential field. The intrinsic relationship between the wettability and the shape evolvement of the droplet will be evaluated comprehensively. The physical mechanism between different droplet morphology, which is affected by internal subtle mass transfer, and the interaction of solid-liquid-gas phase caused by wettability would be revealed. Finally, a dynamic evolution theory about droplet impact on curved surfaces with different wettability will be carried out.

液滴撞击曲面是一个复杂的动态变化过程，表面润湿性对其有着重要的影响，致使产生显著的、不可忽略的界面效应，与其相关的表面现象和传递特征的研究是一个重要的基础问题。现有关于润湿性对液滴撞击曲面过程影响的研究较少。本项目提出针对壁面润湿性对液滴撞击曲面的动力学过程的影响进行研究，采用实验观测、理论分析和模拟计算相结合的手段，探索液滴撞击不同润湿性曲面过程中非均匀力势场作用下的界面效应、尺度效应和温度效应，全面评价润湿性能与液滴形态演变之间的本征关系，揭示液滴形态及其内部的微细传递过程与不同润湿性影响下的固-液-气三相间作用力之间的非线性作用规律及其物理机制，提出复杂力势作用下的液滴撞击不同润湿性曲面的动态演变理论。

液滴撞击固体壁面的现象广泛存在于多个工程领域。液滴撞击曲面是一个复杂的动态变化过程，表面润湿性对其有着重要的影响，与其相关的表面现象和传递特征规律是需要深入研究的重要基础问题。现有关于润湿性对液滴撞击曲面过程影响的研究较少。本项目研究了不同润湿性条件下的液滴撞击管壁和球面的动态特性，实现了对液滴撞击管壁和球面动态过程的精确观测与描述；通过实验研究和三维数值模拟研究，分析了液滴撞击速度、润湿性、曲率比、撞击角度及偏心距不同时的液滴动态行为变化特征，总结了液滴撞击后的铺展、反弹、断裂和破碎及飞溅等不同阶段的转变规律以及液膜铺展系数、无量纲液膜中心高度等参数变化的特征规律；给出了不同撞击角度下液滴撞击超疏水球面后运动状态发生改变的临界条件；通过细致地分析液膜内部压力场和速度场的变化，揭示了液滴形态变化及其内部微细传递过程的物理机制。取得的研究进展和主要结果具有较大的科学意义，其部分结论可以指导低温多效蒸馏技术中蒸发器的设计、增湿除湿设备的设计及液滴冲击冷却表面的设计等，具有较好的应用前景。