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液滴撞击壁面过程的实验研究与数值模拟
水滴撞击壁面是一种既简单又普遍存在的流体力学现象，广泛应
用在化学，机械，航空，船舶和飞行器等各个领域，涉及到水滴撞击
壁面过程中各种机理的研究和数值模拟，是当前众多研究的热点之一。
实验研究是由历史上科学家，工程师和教授投入许多心思开创的，许多优秀的理论研究，主要是通过实验获得的试验结果，开展的实验
试验，就是水滴撞击壁面的实验研究。
其中最早和最为重要的研究，
是N.Battis和E.F.Burbury在1922年提出的，他们对水滴撞击壁面
进行了分析研究，并构建了水滴撞击壁面的理论模型，他们结合实验
数据得出结论水滴撞击壁面，其出射溅射角度和撞击运动轨迹与撞击
初速有关，而不是与水滴的尺寸有关。
后来，R.C.Walker在1968年根据水滴撞击壁面的惯性运动和圆面的保真假定，又提出了一种更为精确的水滴撞击壁面的理论模型，改
变了上述理论的不足，更准确的反映了水滴撞击壁面的溅射角度的分
布情况。
普遍的实验研究表明，水滴撞击壁面的湍流和热力学分析是一个非常复杂的过程。
随着科学技术的发展，不同力学分析和模拟技术，特别是现代计算流体力学技术，使得水滴撞击壁面的数值模拟能够以更高精度、更广泛的方式进行，因而有效的解决了水滴撞壁的湍流和热力学分析问题。
数值模拟是一种借助计算机模拟物理分析和实验而得出流动过程和传输特性相关参数和紊流关系的方法，它可以利用有限体积和有限元等不同的科学和工程方法，用以反映水滴撞击壁面所参与的流体过程。
该模型可以较好地描述水滴撞击壁面过程中流体的质量转移、动量变化，以及紊流等机理，有助于更加具体的研究。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第12期·3818·化 工 进 展液滴撞击微结构疏水表面的动态特性施其明，贾志海，林琪焱（上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093）摘要：对去离子水滴撞击不同几何尺寸显微结构方柱和方孔状疏水表面的动态特性进行了研究。
结果表明：当液滴以不同速度撞击微方柱疏水表面时，液滴展现铺展和回缩过程，且随着韦伯数（We 数）增大，最大铺展直径增大，并伴随卫星液滴出现，但到达最大铺展直径的时间一致；而当液滴以相同的速度（We 数相同）撞击间距不同的微方柱疏水表面时，液滴的最大铺展直径随着间距的增大而减小，且铺展过程会液滴浸润状态变得不稳定，发生由Cassie 向Wenzel 状态的浸润转变。
当微方柱间距较小时，液滴受到的黏附功越小，越易发生向Cassie 状态的转变；液滴撞击微方孔疏水表面时，液滴以规则的圆环状向外铺展和回缩，最后呈现近似规则的椭球状，不会发生向Wenzel 状态的浸润转变，利用建立的物理模型对前述现象进行了分析。
关键词：水滴；撞击；表面；显微结构；不稳定性中图分类号：TQ 051.5 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）12–3818–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.012Dynamic behavior of droplets impacting on microstructuredhydrophobic surfacesSHI Qiming ，JIA Zhihai ，LIN Qiyan（School of Energy and Power Engineering ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ）Abstract ：The dynamic behavior of droplets impacting on micropillared and micropored surfaces was investigated in this paper. The results showed that when the droplet impacted on the micropillared surface ，the droplet appeared the spreading and retraction processes. With the increase of Weber number （We ），the spreading diameter increased. Meanwhile ，the satellite droplets appeared. However ，the time to reach the maximum spreading diameter was the same. When the droplet with the same velocity （the same We ） impacted on micropillared surfaces with different pitch between micro pillars ，the maximum spreading diameter decreased with the increase of the pitch ，and the wetting state was instability. The wetting state transited from the Cassie state to the Wenzel state during the spreading process. When the pitch was small ，The smaller the adhesion work is ，the more likely to occur to the Cassie state. Moreover ，the dynamic behaviors of a droplet impacting on micropored hydrophobic surfaces were compared with the micropillared surfaces. The droplet was spreading and retracting on micropored surfaces. In the impacting process ，the wetting state did not transit into the Wenzel state. The phenomenon was analyzed by using the established physical model. Key words ：droplets ；impact ；surface ；microstructure ；instability联系人：贾志海，博士，副教授，研究方向为先进功能材料在能源动力工程领域中的应用以及强化传热与节能等。
液滴撞击疏水／超疏水表面运动特性的数值模拟张磊;李小磊;马晓雯;张会臣【摘要】采用计算流体动力学对液滴撞击疏水／超疏水表面的过程进行数值模拟，分析液滴滴落高度、表面润湿性和表面倾斜角度3个因素对液滴运动的影响。
结果表明，随着液滴滴落高度的增大，液滴铺展系数增大，回弹系数减小，滴落高度对液滴铺展系数和回弹系数的影响随表面静态接触角的增大而增大；表面疏水性增强，液滴铺展系数减小，回弹系数增大，滴落高度的增大会减弱表面润湿性对液滴铺展系数和回弹系数的影响；表面倾斜角度增大，液滴铺展系数和回弹系数减小，液滴内部最大速度增大。
%The drop impacting on thehydrophobic/superhydrophobic surface was simulated by computational fluid dy-namics method.Influences of drop dripping height,wettability and surface’s incline angle on droplet moving were analyzed. The results show that,with the increasing of dripping height,the spreading coefficientis increased,the rebounding coeffi-cient is decreased,and the influence of dripping height on spreading coefficient and rebounding coefficient willbe stronger when the hydrophobicity is enhanced.With the enhancementof surface hydrophobicity, the spreading coefficient is de-creased but the rebounding coefficient is increased,and the influence of hydrophobicity on spreading coefficient and re-bounding coefficient will be weakened by the increasing dripping height.The larger the incline angle is,the smaller the spreading coefficient and the rebounding coefficient,and the bigger the maximum velocity inside the droplet.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)009【总页数】6页(P63-68)【关键词】液滴撞击;疏水表面;超疏水表面;铺展系数;回弹系数【作者】张磊;李小磊;马晓雯;张会臣【作者单位】大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TH117.1在化学工程和航空航天等领域经常涉及到液滴撞击固体壁面的现象[1-3]，如化工生产中液滴溅射到容器壁面、柴油机气腔内油粒撞击燃烧室壁面以及雨滴对飞机机翼的撞击等等。
液滴撞击不同粗糙度固体表面动力学行为实验研究秦梦晓;张旭辉;汤成龙【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)009【摘要】针对液滴撞击固体表面时动力学行为的不同影响因素,利用高速摄像技术捕捉了4种物性不同的液滴,即癸烷、十四烷、蒸馏水和无水乙醇液滴撞击不同粗糙度固体表面后的铺展与飞溅形态.探究了黏度、表面张力与实验壁面粗糙度对液滴撞击壁面后的最大铺展因数和铺展-飞溅临界韦伯数的影响.结果表明:实验流体的动力黏度越大,液滴在铺展过程中受到的阻力越大,也就越不容易铺展,相同韦伯数下的最大铺展因数越小;表面张力越大,液滴碰壁后更有可能发生回缩.在实验过程中也观察到,只有表面张力明显大于其他工质的蒸馏水液滴在碰壁后发生了回缩.壁面越粗糙,液滴在铺展过程中需要润湿越大面积的壁面,增加了黏性耗散,且受到的阻力也更大,相同韦伯数的液滴碰壁后的最大铺展因数也越小.对Laan的公式进行了粗糙度的补充,得到了最大铺展因数与韦伯数、雷诺数及粗糙度的关系.壁面粗糙度对液滴铺展后的边缘造成扰动,使液滴更容易发生飞溅,铺展-飞溅的临界韦伯数随着壁面粗糙度的增加而减小,且壁面粗糙度对小奥内佐格数流体的临界韦伯数影响更大.【总页数】6页(P26-31)【作者】秦梦晓;张旭辉;汤成龙【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK402【相关文献】1.不同亲疏水表面液滴动力学行为实验研究 [J], 张帆;陈凤;薄涵亮2.液滴撞击固体表面时的流体动力特性实验研究 [J], 毛靖儒;施红辉3.液滴撞击固体表面过程的实验研究 [J], 陈烽;王登飞;蔡子琦;高正明;刘新卫4.水平磁场作用下金属液滴撞击电解质液池表面的实验研究 [J], 任东伟;阳倦成;倪明玖5.液滴撞击水平固体表面的可视化实验研究 [J], 李维仲;朱卫英;权生林;姜远新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
International Journal of Fluid Dynamics 流体动力学, 2020, 8(2), 30-37Published Online June 2020 in Hans. /journal/ijfdhttps:///10.12677/ijfd.2020.82004Experimental Research of Drop Impact onLyophobic SurfacesJianglong Xia, Minglu Zhang*School of Mechanics and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu SichuanReceived: May 25th, 2020; accepted: Jun. 8th, 2020; published: Jun. 15th, 2020AbstractFirstly in this paper, we experimentally studied the dynamic processes of different viscous drop-lets impacting on the lyophobic surfaces at different velocities. Various impact phenomena, in-cluding spreading, retraction, rebound, and splashing, are influenced by the impact velocity and liquid viscosity. Secondly, we explored the relationships between the maximum spreading factor (βmax), impact bvelocity and the viscosity of liquid drops qualitatively. It was found that βmax in-creases with impact velocity, but decreases with liquid viscosity.KeywordsDroplet Impact, Lyophobic Surface, Impact Velocity, Viscosity, Maximum Spreading Factor液滴撞击疏液表面的实验研究夏江龙，张明禄*西南交通大学力学与工程学院，四川成都收稿日期：2020年5月25日；录用日期：2020年6月8日；发布日期：2020年6月15日摘要本文首先通过系统实验研究了不同粘性液滴以不同速度撞击疏液表面上的撞击现象及过程，揭示了液滴粘度、撞击速度对液滴铺展、回缩、回弹以及飞溅等实验现象的影响，并给予相应的机理解释。
液滴撞击湿壁面实验研究张帆;李建新;刘潜峰;薄涵亮【摘要】采用高速摄像仪以11000帧/s的拍摄速度对3种不同尺寸的液滴以不同速度分别撞击湿壁面(水平及不同倾斜角度)的过程进行了观测.研究了铺展、产生冠状不飞溅、飞溅3种实验现象.定性分析了初始液滴直径、液滴撞击速度、湿壁面倾斜角度对飞溅现象的作用.定量统计出液滴撞击湿壁面产生飞溅现象的各项临界参数,给出飞溅判据的经验关系式并进行误差分析.结果表明:随液滴撞击速度的增大,撞击湿壁面后会依次出现铺展、产生冠状不飞溅、产生二次液滴飞溅等现象.液滴直径的增加与湿壁面倾斜角度的降低均对飞溅的产生有促进作用.并通过拟合实验数据得到用于判别液滴撞击湿壁面是否发生产生二次液滴飞溅现象的无量纲参数K 与无量纲液膜层厚度H*关系:K=3210-122284.48H*+2.23426×106H*2(0.00856＜H*＜0.03318).【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)009【总页数】8页(P1582-1589)【关键词】液滴撞击;湿壁面;铺展;冠状不飞溅;飞溅判据【作者】张帆;李建新;刘潜峰;薄涵亮【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】O359液滴碰壁现象在冶金、化工、材料科学等工业过程中具有广泛的应用，例如打印机墨水在纸面上的喷涂、燃料液滴与内燃机壁面的撞击、喷雾液滴对热壁面的冷却等。
而在核电站蒸汽发生器的汽水分离器中，液滴在随着蒸汽运动的同时，会与分离器壁面发生碰撞，可能因此产生新的液滴[1]，从而影响分离器的分离效率。
