尚宇恒，侯 予， 白博峰， 钟 昕

(西安交通大学 能源与动力工程学院， 西安 710049)

液滴撞击固体表面现象普遍存在于自然界和日常生活中，并且广泛应用于各类工业过程和技术中，如喷雾冷却[1]、喷墨打印[2]、农药喷洒[3-4]、血迹模式分析[5]等。液滴撞击固体壁面的动态过程是一个涉及气、液、固多相耦合的复杂流动问题，研究其动力学行为特性，不仅能了解自由表面多相流流动问题的本质，而且对相关技术应用具有非常重要的指导意义。例如，基于血迹覆盖模式可提取血滴撞击信息，有助于刑事案件调查；增大农药液滴的润湿面积能增强除草除虫效果。研究发现，液滴在固体壁面上的动态行为主要受撞击参数(液滴尺寸[6]、撞击速度[7-8])、液体性质(表面张力[9]、液体黏性力[10])、壁面参数(壁面粗糙度[3]、壁面温度[11-12]、壁面润湿性[13])、环境条件(温度及压强[14])等因素的综合影响。

在液滴撞击动力学领域，分析及预测最大铺展因子是关键问题之一。通过改变液体密度、黏性、表面张力等物理性质，能有效控制液滴的铺展面积。例如，使用水和甘油的混合物，可研究液体黏性对铺展程度的影响。Lee等[15]的研究结果表明，由于黏性耗散快速消耗液滴动能，黏度大的液滴铺展面积更小，并且能更快速地形成最大铺展直径。然而，Qin等[10]发现，在相对较小的韦伯数下(We<30)，最大铺展因子随着黏度的增加呈现先上升后下降的趋势。这是因为在该工况下，液滴的变形和内部流动并不是由惯性力主导的，此时黏性力的作用较强。此外，许多学者采用乙醇[17]、添加活性剂的方式[18]来研究表面张力对液滴铺展过程的作用规律，结果表明，较小的表面张力会导致更小的能量耗散率，从而推迟最大铺展面积的形成[17]。

上述研究表明，液体黏度和表面张力显著影响液滴撞击的动力学行为。目前，大多研究采用不同液体或者两种液体的混合物来研究黏性和表面张力对液滴铺展行为的影响。……