彭家略 郭浩 尤天涯 纪献兵 徐进良

(华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室, 北京 102206)

为研究液滴碰撞Janus 颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征, 以粒径为5.0 mm 铜球为材料制备了Janus颗粒, 用直径为2.0 mm 的液滴, 在韦伯数(We)为2.7, 10, 20, 30 的测试情况下对Janus 颗粒球表面进行了碰撞实验.结果表明: 液滴碰撞Janus 颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4 个过程.在不同We 下, 液滴碰撞Janus 颗粒后的运动状态主要与表面润湿性相关, 在Janus 颗粒亲水侧表现为铺展特性且铺展系数γ 随着时间t 的增大而逐渐增大并趋于稳定; 但在疏水侧, 表现为回弹现象, 铺展系数γ 会出现类似“抛物线”形状; 当液滴碰撞Janus 颗粒球表面亲-疏水分界线时, 液滴铺展和回弹同时发生.基于能量平衡和受力分析发现, 液滴动能和表面能的互相转化是液滴铺展的关键, 液滴会在重力、惯性力、表面张力、黏性力、接触力等力的综合作用下展现其独特的行为特征并最终达到平衡状态.

1 引 言

液滴碰撞壁面现象广泛存在于大自然中, 与MEMS、喷涂、农药喷洒和喷雾冷却等[1−5]农业、工业过程息息相关, 因此液滴碰撞壁面的行为特征引起了研究者的极大关注.液滴碰撞后的行为受液体性质、表面几何形状、表面润湿性、液滴碰撞速度[6−10]等多种因素的综合影响, 会发生铺展、回缩、液滴分离、飞溅等行为.目前, 液滴碰撞壁面的研究主要集中在平滑的刚性表面上[11−13], 并取得很好的成果, 但由于液滴碰撞球表面的……