Oblique droplet impact onto a deep liquid pool
采用自适应流体体积求解器Basilisk对液滴斜撞击深液池进行了数值研究。飞溅阈值，空腔的形成，空腔的演变和最大空腔尺寸被量化为韦伯数和冲击角的函数。我们将数值结果与Gielen等人最近的实验工作进行了比较。[Phys. Rev. Fluids 2，083602（2017）]。类似的实验结果，观察到三种不同的影响制度：沉积的液滴上的池，单面飞溅的方向的影响和飞溅的所有方向。我们表现出良好的定性和定量协议的飞溅行为和空腔形成之间的模拟和实验。此外，模拟提供了一个三维视图的影响现象，获得速度和压力场，并允许探索碰撞参量是很难实现的实验。
2019-03-21 physics.flu-dyn
Creation of prompt and thin-sheet splashing by varying surface roughness or increasing air pressure
撞击固体表面的液滴可以通过喷射随后破裂的薄液体片或通过从前进的液-固接触线迅速喷射液滴而飞溅。使用高速成像，我们表明，空气压力和表面粗糙度影响飞溅机制。粗糙度增加了前进接触线处的即时飞溅，但抑制了薄片的形成。如果空气压力降低，则不仅在薄片形成期间，而且在迅速飞溅时，液滴喷射也被抑制。临界压力取决于冲击速度、液体粘度和表面粗糙度。
2012-06-22 physics.flu-dyn
An adaptive solver for viscoelastic incompressible two-phase problems applied to the study of the splashing of slightly viscoelastic droplets
提出了一种基于流体体积法的粘弹性二维两相流自适应数值求解方法。该方案使用Fattal & Kupferman（2004，2005）的鲁棒对数构象张量技术结合Hao & Pan（2007）提出的时间分裂方案。这种时间分裂格式的使用已被证明可以提高两相流数值计算的稳定性。我们表明，自适应计算技术可以用来有效地模拟粘弹性流动。求解器使用\basilisk \cite{Basilisk}平台提供的开源库进行编码。特别地，该方法被实施为Oldrophil-B型粘弹性流体和相关模型（FENE-P和FENE-CR）。然后用该数值格式研究了弱粘弹性液滴的飞溅问题。该工作的求解器和测试可以在Basilisk网站上免费获得
2018-06-30 physics.flu-dyn
Corona splashing triggered by a loose monolayer of particles
在自然界中，高速雨滴经常撞击并散布在颗粒表面（例如，土壤、带有孢子或花粉的植物叶片）。采用实验和数学相结合的方法研究了液滴撞击松散堆积单层颗粒的动力学过程。我们发现，移动颗粒的存在下降低了临界冲击速度，在该速度下，液滴表现出电晕飞溅，作为颗粒面积分数系统地增加。我们通过考虑摩擦颗粒在扩展边缘的阻塞来合理化这个实验观察。阐明雨滴在颗粒床上的飞溅过渡可以更好地理解雨滴下落引起的土壤流失和侵蚀。
2021-09-28 physics.flu-dyn
From splashing to bouncing: the influence of viscosity on the impact of suspension droplets on a solid surface
我们实验研究了密集的悬浮液滴飞溅的固体表面的影响，扩展以前的工作的制度，悬浮液的粘度成为一个重要的参数。总体行为可以用两种趋势的组合来描述。第一个是当液滴表面的单个颗粒的动能克服由表面张力产生的限制时，飞溅变得有利。这由基于粒子的韦伯数$We_p$表示。第二是通过增加溶剂的粘度来抑制飞溅。这由斯托克斯数$St$表示，它影响碰撞粒子的有效恢复恢复系数。我们开发了一个相图，其中飞溅开始被描绘为$We_p$和$St$的函数。令人惊讶的结果发生在非常小的斯托克斯数，其中不仅飞溅被抑制，而且液滴的塑性形变也被抑制。这导致了液滴在撞击后可以反弹的情况，我们能够使用离散粒子数值模拟来重现这种观察，该模拟考虑了粒子之间的粘性相互作用和弹性能量。
2016-05-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Liquid drop splashing on smooth, rough and textured surfaces
当液滴以高速撞击干燥固体表面时发生飞溅。本文报道了飞溅如何依赖于粗糙度和表面的纹理以及液体的粘度的实验研究。对于光滑表面，存在由液滴周围的空气的存在引起的“电晕”飞溅。当速度和液体粘度变化时，会出现几种状态。还有一个“提示”飞溅，这取决于表面的粗糙度和纹理。喷射液滴的尺寸分布的测量对表面粗糙度敏感。实验结果表明，对于柱状物呈正方形排列的织构表面，溅射具有四重对称性。飞溅主要沿对角线方向发生。在这种几何形状中，两个因素对飞溅影响最大：支柱高度和支柱之间的间距。
2007-02-09 physics.flu-dyn
Spreading-splashing transition of nanofluid droplets on a smooth flat surface
即使是流体中的一小部分纳米颗粒也会影响液滴在冲击光滑表面时的飞溅行为。采用高速摄影技术，在较宽的雷诺数（$10^2<\mathrm{Re}<10^4$）和韦伯数（$50<\mathrm{We}<500$）范围内，研究了纳米流体质量浓度为0.01%，0.1%，1%时，纳米流体液滴对光滑蓝宝石衬底的冲击。纳米流体是通过在没有分散剂的甘油水溶液中稀释商业Al $_2$ O $_3$ -水纳米流体来制备的。总共制备了30个样品，获得了1799个数据点。在液滴冲击测量之前，根据稳定性、密度、粘度和表面张力对每个样品进行实验表征，以证明在We-Re图上观察到的结果。每个液滴撞击条件重复至少3次，以确保良好的重复性。对于纳米流体，扩散到飞溅转变的非单调行为保持相同。然而，纳米流体的影响，促进飞溅在低雷诺数的边界。我们解释了这种行为增加的薄层扩展速度和电梯在薄层扩展阶段。最后，我们开发了一个经验的相关性，描述了飞溅阈值依赖于纳米粒子浓度的第一次。
2021-08-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Liquid-grain mixing suppresses droplet spreading and splashing during impact
雨滴落在粗糙的海滩上和落在细沙的沙漠上会有不同的表现吗？我们通过一系列模型实验来研究这个问题，其中颗粒靶的堆积密度、单个颗粒的润湿性、颗粒尺寸、冲击液体和冲击速度是变化的。我们发现，通过增加晶粒尺寸和/或润湿性的个别晶粒的最大液滴扩散经历了从毛细管制度向粘性制度的过渡，和飞溅被抑制。液-粒混合被发现是潜在的机制。相应地定义了有效粘度以定量地解释观察结果。
2016-07-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet Impact on Microparticle Raft: Wettability, density and size govern splashing and microplastic ejection from rafts under raindrop impact
University College London（伦敦大学学院）；University of Oxford（牛津大学）；Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学材料研究所）
研究液滴冲击不同尺寸、密度和润湿性的微粒筏，探讨其对喷溅和微塑料喷射的影响，揭示润湿性、密度和尺寸在雨滴冲击下的作用机制。
2026-03-16 physics.flu-dyn
Influence of Liquid Viscosity on Droplet Impingement on Superhydrophobic Surfaces
这个流体动力学视频描述了在超疏水表面上进行的液滴撞击实验。当纯水的液滴撞击在超疏水表面上时，观察到韦伯数在5和15之间的薄相干射流区域。此外，观察到韦伯数约200以上的周边飞溅。当通过将甘油与水混合来增加液滴的粘度时，观察不到细射流，并且稍微延迟了外围飞溅。在观察到纯水液滴在外围飞溅的韦伯数范围内，观察到水/甘油液滴具有两个分叉的射流。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Drop splashing is independent of substrate wetting
具有足够动能的液滴撞击干燥固体表面将飞溅，分裂成许多次级液滴。这种现象与强制润湿有许多相似之处，包括在接触线处夹带空气。由于这些相似性和事实上，强制润湿已被证明取决于表面的润湿性能，现有的理论预测飞溅取决于润湿性能以及。然而，使用高速干涉成像，我们观察到，在高毛细数润湿性能没有影响飞溅的各种液体表面组合。此外，通过在实验无法达到的长度和时间尺度上完全求解纳维-斯托克斯方程，我们发现液滴边缘接触线处的气液界面的形状和运动与润湿性无关。我们用这些发现来评估现有的理论和比较飞溅与强迫润湿。
2018-01-24 physics.flu-dyn
Splashing-regime transitions and secondary-droplet scaling in oblique drop impacts on a deep pool
Guangdong Ocean University（广东海洋大学）
该研究通过数值模拟揭示斜向液滴撞击深池时，定向撞击惯性主导溅射 regime 选择，二次液滴破碎遵循共同的毛细-惯性标度律，解释了实验观测到的液滴数标度现象。
2026-09-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Wetting Splashing
我们目前的流体动力学视频说明润湿飞溅产生的水滴在高冲击速度（$\sim 3$ ms $^{-1}$）的疏水微结构上的冲击。该基材由正方形或六边形晶格的规则和透明的微观纹理组成，产生高接触角的$\sim 150 ^\circ$。我们的高速顶视图或仰视图记录通过透明表面揭示了固体-液体-空气界面的影响。尽管网格状微柱具有超疏水性（周期为10 μm），但水滴润湿了某个中心区域，并且在液滴下方捕获了气泡。在高冲击速度下，空气向外飞溅时，除中心湿区外，还形成了薄层冲浪。还研究了微图案和空气压力对撞击结果的影响。我们发现，微观边界条件，施加的固体纹理，深刻地影响宏观流动动力学超疏水表面在高冲击速度。此外，液体和固体之间的空气在定向飞溅中起着至关重要的作用，这可以通过降低空气压力来消除。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Quantum-Fluctuation-Driven Dynamics of Droplet Splashing, Recoiling and Deposition in Ultracold Binary Bose Gases
液滴对表面的冲击实际上与自然界和工业中的各种领域相关，而由于各种难以控制的因素，对其结果的完全控制仍然具有挑战性。本文提出了在超冷原子平台上对液滴碰撞结果进行量子模拟的方法。具体地说，我们研究了二维玻色-玻色混合物从初始汤斯孤子到量子液滴形成的量子涨落驱动动力学（QFDD）。通过调整初始汤斯态的波动能量，通过其大小和数量，随后的QFDD可以产生各种结果，包括飞溅，反冲和沉积，类似于液滴碰撞动力学。我们利用韦伯数来确定飞溅和反冲的阈值，并进一步建立了反冲区的最大扩展因子和韦伯数之间的普适标度律。此外，我们表明，在沉积制度中的剩余QFDD可以用来探测集体呼吸模式的量子液滴。我们的研究结果揭示了液滴撞击结果的机制，可以在冷原子实验中直接测试，并为在干净和完全受控的量子环境中探索有趣的液滴动力学铺平道路。
2023-02-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wetting effects on the dynamics of droplets and bubbles at surfaces
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫赫尔姆霍兹中心）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
研究润湿性对液滴和气泡动力学的影响，用三维流体体积框架结合动态润湿性模型研究三个基准，模型经实验验证，能准确再现相关动力学过程，表明准确处理动态润湿性对预测此类现象至关重要。
2026-07-16 physics.flu-dyn
Crown rupture during droplet impact on a dry smooth surface at increased pressure
液滴在增加的环境压力下的影响在许多工业应用中是重要的。以往的研究主要考虑在标准或降低的环境压力下的冲击过程，而高环境压力的影响尚不清楚。在这项研究中，我们实验研究的影响，乙醇液滴在干燥光滑的表面在增加的环境压力。分析了冲击过程中环境压力对冠部飞溅和破裂的影响。结果表明，高环境压力下的气体会导致液冠以“螺纹断裂”的方式飞溅，液冠边缘的二次液滴尺寸随环境压力的增大而增大。基于薄板的空气动力学分析理论，得到了冲击过程中由飞散向飞溅转变的临界值。在增加的环境压力下，冲击的阈值速度随着环境压力的增加而降低，因为薄片的楔形被阻止向前移动并且被前方的空气驱动而与衬底分离，由于较高的环境压力，前方的空气具有较高的密度。
2021-11-11 physics.flu-dyn
How micropatterns and air pressure affect splashing on surfaces
我们通过侧视和俯视高速成像实验研究了毫米级乙醇液滴撞击由微柱组成的结构化固体表面的飞溅机理。通过增加撞击速度，我们可以将撞击结果从温和的沉积调整为剧烈的飞溅，在这种情况下，随着液体片的横向扩散，微小的液滴被喷射出来。我们测量了不同微图案的溅射阈值，发现柱的排列方式对溅射结果有显著影响。特别地，在气流通过图案的方向上的定向飞溅是可能的。我们对撞击动力学的俯视观察表明，被困的空气是造成飞溅的原因。事实上，通过降低周围空气的压力，我们表明，我们可以抑制在探索的参数制度的飞溅。
2010-06-08 physics.flu-dyn
On Liquid Viscosity Effects on Droplet Splash and Receding Breakup on a Smooth Solid Surface at Atmospheric Pressure
本文对大气压下液体粘度对液滴撞击光滑固体表面的影响进行了实验和模拟研究。实验观察到液滴沉积和飞溅之间的阈值的非单调变化。具体而言，临界韦伯数分离沉积飞溅减少，然后增加与增加的Ohnesorge数。分别从Kelvin-Helmholtz不稳定性和Rayleigh-Taylor不稳定性的角度对低粘度区的飞溅和高粘度区的后退破碎现象进行了定性分析。在分析粘性非单调性不稳定性的基础上，通过对以往和现在的实验数据进行拟合，提出了一个新的半经验的液滴飞溅阈值关联式，该关联式的性能优于以往的关联式.
2021-04-08 physics.flu-dyn
It's harder to splash on soft solids
当液滴以高于临界速度撞击干燥、平坦的基板时，液滴飞溅，该临界速度取决于诸如液滴尺寸、粘度和气压的参数。通过成像乙醇滴影响不同刚度的硅凝胶，我们表明，基板刚度也影响飞溅阈值。减少甚至消除飞溅：在最软的基底上的液滴需要比在刚性基底上多70%以上的动能来飞溅。我们表明，这是由于在第一个几微秒的影响软基板的变形所造成的能量损失。我们发现，固体与杨氏模量$\lesssim 100$千帕减少飞溅，在简单的缩放参数。因此，软凝胶和弹性体等材料可以用作简单的涂层，以有效防止飞溅。软基板也作为一个有用的系统，用于测试飞溅形成理论和片材喷射机制，因为它们允许喷射片材的特性独立于液滴的批量冲击动力学进行控制。
2016-09-30 physics.flu-dyn
Exploring droplet impact near a millimetre-sized hole: comparing a closed pit with an open-ended pore
该研究通过实验对比毫米级闭合凹坑与开口通孔附近的液滴撞击动力学，发现凹坑旁有飞溅、射流、气泡三种现象且飞溅速度最高达撞击速度7倍，通孔旁仅存两种不连续飞溅状态且飞溅更弱，明确凹坑内空气是影响现象的关键因素。
2015-05-08 physics.flu-dyn
Droplet impact on a thin liquid film: anatomy of the splash
我们研究了液滴在短时间内撞击薄液膜的动力学，以确定飞溅形成的机制。利用数值模拟和尺度分析，我们表明，飞溅的形成既取决于惯性动力学的液体和缓冲的气体。确定了两个渐近制度，其特征在于一个新的无量纲数$J$：当气体缓冲是弱的，射流形成后，一系列的气泡被截留和射流速度主要是由雷诺数的影响。另一方面，当空气缓冲很重要时，液滴和液膜下方的气体的润滑控制动力学，导致单个气泡截留和较弱的射流速度。
2015-11-30 physics.flu-dyn
Splashing phenomena of room temperature liquid metal droplet striking on the pool of the same liquid under ambient air environment
本文研究了室温液态金属液滴撞击大气中相同液体池的流体动力学。为了揭示氧化效应对冲击动力学的影响，进行了一系列的实验。借助高速数码相机记录液滴形状和撞击现象。存储在飞溅结构的冲击能量估计通过一个理论模型和几个形态参数获得的瞬时图像的飞溅。结果表明，RTLM的液滴形状和飞溅形态与水有很大的不同，常温LM池与高温LM池的碰撞动力学也有很大的不同。能量分析揭示了射流高度对流体粘度的高度敏感性，流体同时受到氧化效应和温度效应的影响，从而较好地解释了这一现象。这些基本发现对于RTLM在一系列新兴技术中的应用具有重要意义，例如基于液态金属的喷雾冷却、喷墨印刷电子、界面材料喷涂和涂层、冶金和3D封装等。
2013-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Controlling the direction and amount of a splash with textured surface
由于飞溅是如此剧烈的过程，人们可能天真地认为液滴喷射的方向和喷射材料的量都无法精确控制。尽管在一天中会观察到无数次，但水滴飞溅是非常不直观的：例如，令人惊讶的是，周围的空气压力决定了水滴在撞击光滑表面时是否会飞溅。在这里，我们描述了一个具有重要实际意义的发现：喷射液滴的方向和数量可以通过表面的纹理来控制。
2010-08-17 physics.flu-dyn
Thin Film Formation During Splashing of Viscous Liquids
在撞击到光滑干燥的表面上之后，一滴粘性液体最初以厚薄片的形式扩散。如果液滴飞溅，它首先发出一个薄的流体片，最终可以分裂成液滴，导致飞溅。周围的气体对形成这种薄片至关重要。纸张弹出时间$t_{ejt}$取决于冲击速度、液体粘度、气体压力和分子量。中心气泡在压力甚至低于该片材形成所需的压力下被捕获在液滴下方。此外，当存在弹出的片材时，气泡被夹带在展开的薄片下方。空气夹带在独立于液滴冲击速度以及环境气体压力的薄层速度处停止。
2010-08-19 physics.flu-dyn
Liquid Droplet Impact Dynamics on Micro-Patterned Superhydrophobic Surfaces
该视频展示了水/甘油（50%/50%质量）液滴对两种类型的微图案化超疏水表面的影响的实验定性和定量结果。所用的两种类型的表面是80%空腔分数的肋和柱，其周期性间距分别为40 μm和32 μm。所有表面均通过光刻法制造。采用冲击韦伯数作为动力学参数，比较了两种表面的飞溅和回弹特性。虽然液滴在低韦伯数下表现出类似的动力学，但对于这里测试的所有韦伯数（5<We<900），柱上的回弹射流速度（通过液滴冲击速度归一化）明显高于肋上的回弹射流速度。在韦伯数升高时，液滴沿外周飞溅。在飞溅时产生的这些侧液滴被称为卫星液滴。俯视图视频显示了两种表面类型的飞溅行为的显著差异。在肋上，卫星液滴的形成始终倾向于与肋纵向成60°的路径。当韦伯数大于150时，这种行为普遍存在，然而，当We > 265时，不会发生显著的飞溅。在柱子上，卫星液滴也遵循特定的路径，但方向不同。卫星液滴在与柱晶格结构对准的位置中形成。在600 < We < 750时观察到这种行为。在一定的条件下，射流在肋板上的反弹现象是一个有趣的现象。由于表面各向异性引起的收缩液滴上的不均匀剪切分布，在回弹时形成两个射流，并且被称为两叉射流。这种行为发生在肋上的115 < We < 265。在哨所上也观察到两股射流，但连贯性和重复性较低。在大约500 < We < 600时观察到这种行为。
2013-10-14 physics.flu-dyn
Von Kármán Vortex Street within an Impacting Drop
撞击到液体池上的液滴的飞溅产生一系列不同尺寸的微滴。在高冲击速度下，这些液滴的最重要来源是在冲击开始时从将液滴连接到池的颈部出现的薄液体射流。我们使用超高速视频成像结合高分辨率数值模拟来显示喷出物如何让位于不规则的飞溅。在较高的雷诺数下，其底部变得不稳定，在轴对称的冯卡门涡列中从自由表面将涡环脱落到液体中，从而在形成时破坏喷出物层。
2012-02-29 physics.flu-dyn
Miscibility and wettability: how interfacial tension influences droplet impact onto thin wall films
实验研究了液滴撞击薄壁薄膜过程中液体润湿性和可渗透性的影响。尽管类似的液体性质和冲击条件，飞溅的限制，冠扩展和上升阶段的持续时间的差异进行了观察。这些差异与液滴/壁膜液体对的界面张力有关，这与它们的可润湿性和可润湿性有关。更准确地说，通过计算冠表面能，我们表明，存储在液滴和壁膜之间的界面（如果有的话）的能量是不可忽略的，并导致较小的冠扩展和需要更多的动能启动飞溅。同样，通过计算修改后的毛细管时间考虑到所有的表面和界面张力，我们表明，界面张力作为一个不可忽略的反冲力，这减少了上升阶段的持续时间。如果考虑到运动中液体质量的变化，则对于不同的壁膜厚度，很好地捕获了该上升阶段的动态。总的来说，液滴/壁膜相互作用可以被看作是惯性毛细管系统，其中液滴和壁膜之间的界面张力在能量储存和冲击过程中的冠动力学中起着重要的作用。此外，该分析强调，粘性损失已经有显着的效果，在冠延伸阶段，通过耗散几乎一半的初始能量的液滴冲击到薄壁膜，最有可能通过影响毛细管时间尺度通过阻尼。
2020-07-15 physics.flu-dyn
Unveiling crown-finger instability of a non-spherical drop impacting a liquid surface
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
研究揭示非球形液滴撞击液面时冠-指不稳定性，通过数值模拟分析长宽比和韦伯数的影响，揭示液滴形态对溅射动态的关键作用。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Droplet impact of blood and blood simulants on a solid surface: Effect of the deformability of red blood cells and the elasticity of plasma
本研究通过全血与多种同黏度模拟液的液滴撞击对比实验，证明红细胞的高变形能力是血液呈类牛顿撞击行为的关键，血液模拟液应采用可变形颗粒。
2022-01-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
Microdroplet impact at very high velocity
研究了水滴直径为12 ~ 100 μ m时，水滴撞击速度为100 m/s的情况。该参数范围涵盖了从毛细管限制到粘度限制的冲击液滴扩散的过渡。所有的测量都没有飞溅;液滴总是轻轻地散布在表面上。最大传播半径进行了比较，几个现有的模型。Pasandideh-Fard等人的模型与测量数据吻合良好，表明表面上方的薄边界层的重要性，其中发生了扩展液滴中的大部分粘性耗散。如通过撞击液滴下的初始空气层所解释的，180度的接触角用作模型输入。
2012-06-08 physics.flu-dyn
Splash control of drop impacts with geometric targets
由于惯性力、粘性力和毛细力的相互作用，液滴在固体和液体表面上的碰撞表现出复杂的动力学特性。在撞击之后，液体薄层径向地发展和膨胀，并且在某些条件下，外边缘破裂成不规则排列的细丝和次级液滴。我们的实验表明，薄片膨胀和随后的外边缘的破裂可以控制的长度尺度，是相当的尺寸的影响下降的直径。在相同的碰撞参量下，流体性质和冲击速度，我们观察独特的飞溅动力学通过改变目标横截面的几何形状。这些行为包括：（i）几何形状的层流和（ii）飞溅稳定性的过渡，从规则到不规则的飞溅。我们建议，定期飞溅控制的目标横截面几何形状所施加的方位角扰动和不规则的飞溅是由增长最快的不稳定的高原瑞利模式。
2012-02-19 physics.flu-dyn
Aerosol generation by the splashing of low viscosity drops impacting liquid layers
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）
研究低粘度液滴撞击液层溅起产生气溶胶，用理论和数值模拟预测撞击后薄液层边缘环形边缘的初始速度和直径，结果与数值及实验吻合，可用于预测雨滴落液池后微小液滴的初始参数及相关现象。
2026-07-15 physics.flu-dyn
Impact of Droplets on Inclined Flowing Liquid Films
利用高速成像技术对液滴对倾斜下降液膜的撞击进行了实验研究。降膜是在平坦的基底上产生的，具有可控的厚度和流速。采用不同尺寸和速度的液滴，研究了不同Ohnesorge数、Weber数和液膜雷诺数下的液滴撞击过程。一些现象与液滴的影响进行了识别和分析，如弹跳，部分聚结，总聚结，飞溅。液滴的大小，速度，以及膜流率的影响进行了研究，最终产生的影响制度地图。对液滴通过气体层所受润滑力的分析表明，液膜中流速越大，润滑力越大，液滴的排液过程越慢，液滴弹跳的概率越大。我们的研究结果表明，流动的薄膜有深刻的影响，液滴的冲击过程和相关的现象，这是显着更复杂的比那些伴随着最初的静态膜的影响。
2015-09-02 physics.flu-dyn
Features of a Splashing Drop on a Solid Surface and the Temporal Evolution extracted through Image-Sequence Classification using an Interpretable Feedforward Neural Network
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
本文报道了一个飞溅的固体表面上的水滴和时间演化的特征，这是通过图像序列分类使用一个高度可解释的前馈神经网络（FNN）与零隐藏层提取。用于FNN的训练-验证和测试的图像序列显示了影响亲水性玻璃基底的毫米级乙醇液滴的早期变形，其韦伯数范围在31-474之间（飞溅阈值约为173）。为了保证图像序列之间的高度相似性，进行了特定的摄像条件和数字图像处理。结果，训练的FNN达到了高于96%的测试准确率。值得注意的是，特征提取表明，训练后的模糊神经网络识别的时间演变的喷射二次液滴周围的空气动力学解除薄片和相对较高的轮廓的主体飞溅下降的功能，而相对较短和较厚的薄片作为一个nonspalling下降的功能。这些功能和它们各自的时间演化的物理解释已被确定，除了在飞溅和非飞溅滴之间的主体的轮廓高度的差异。在这项研究中报告的观察是重要的数据驱动的模拟建模飞溅液滴在固体表面上的影响过程中的变形的发展。
2022-07-03 cs.CV cs.LG physics.flu-dyn
Image features of a splashing drop on a solid surface extracted using a feedforward neural network
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
利用前馈神经网络（FNN）提取图像特征，发现了飞溅液滴在固体表面上的非直观特征。将面积当量半径约为1.29 mm的乙醇从4 cm至60 cm的冲击高度（飞溅阈值20 cm）落下，并冲击在亲水表面上。当一半的液滴撞击表面时捕获的图像根据其结果进行标记，飞溅或非飞溅，并用于训练FNN。分类准确率达到96%以上。为了提取模糊神经网络识别的图像特征用于分类，将训练好的模糊神经网络识别飞溅水滴的权重矩阵可视化。值得注意的是，可视化显示，经过训练的FNN将撞击液滴主体的轮廓高度识别为区分飞溅和非飞溅液滴的重要特征，这在以前的研究中尚未报道。在整个撞击过程中，甚至当一又四分之三的水滴撞击表面时，都发现了这种特征。为了确认该图像特征的重要性，重新训练FNN以仅使用主体进行分类，而不检查喷射的次级液滴的存在。准确度仍然高于82%，证实了轮廓高度是区分飞溅和非飞溅液滴的重要特征。本文分析和讨论了液滴撞击的几个方面，旨在找出飞溅液滴和非飞溅液滴之间轮廓高度差异的可能机制。
2022-01-24 cs.CV cs.LG physics.flu-dyn
Energy stable methods for phase-field simulation of droplet impact with surfactants
本文对表面活性剂存在下液滴撞击固体基底的过程进行了数值研究。我们制定了一个积极的变分框架的问题，并介绍了一个不可压缩的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统的两相流相场模拟。采用Flory-Huggins势和广义Navier边界条件来考虑可溶性表面活性剂和运动接触线。基于凸分裂和压力稳定技术，我们发展了该模型的无条件能量稳定格式。对于一阶格式，严格证明了原始能量的离散能量耗散律。数值方法是在三维柱坐标系下用有限差分法实现的。使用该模型的建议的方法，我们系统地研究了清洁和污染液滴（表面活性剂）的冲击动力学在一系列的数值实验。在一般情况下，耗散的污染液滴的冲击动力学小于在清洁的情况下，和拓扑结构的变化更容易发生污染液滴。表面活性剂的加入可以显著影响冲击现象，导致亲水表面上的粘附效果增强和疏水表面上的飞溅。与实验也得到了一些定量的协议。
2022-12-17 physics.flu-dyn
Experimental study of the impact dynamics of polymeric hollow droplets
Concordia University（康科迪亚大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）；M Corporate Research Analytical Laboratory, Polymer Science Group（3M公司企业研究分析实验室，高分子科学组）
本研究实验探究了牛顿与粘弹性空心液滴的冲击动力学，发现粘弹性延迟气泡破裂、抑制脱离并产生串珠结构，且惯性、粘度、毛细力和弹性共同决定沉积、部分沉积或脱离等飞溅形态。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Local dissipation limits the dynamics of impacting droplets on smooth and rough substrates
撞击到固体基底上的液滴以复杂的动力学变形。为了提取主导这种动态的主要机制，我们部署基于相场方法的数值模拟。与实验的直接比较表明，局部接触线的耗散限制了液滴的扩散动力学及其缩放的最大扩散半径$β_\mathrm{max}$。通过假设线性响应，通过在接触线的阻力，我们的模拟合理的实验观察液滴的影响，通过一个单一的接触线摩擦参数$μ_f$测量的光滑和粗糙的基板。此外，我们的分析表明，在低和中等的冲击速度耗散在接触线限制的动态，我们描述$β_\mathrm{max}$的缩放定律$β_\mathrm{max} \sim (Re μ_\mathrm{l}/μ_f)^{1/2}$，这是一个功能的液滴粘度（$μ_\mathrm{l}$）和雷诺数（$Re$）。
2016-11-15 physics.flu-dyn
LES of Droplet Impingement: Application to Clean and Laser-Scanned Ice Shapes
Center for Turbulence Research, Stanford University（斯坦福大学湍流研究中心）
本文通过高保真计算框架研究液滴冲击清洁和激光扫描冰形，揭示表面粗糙度对局部冲击分布的影响，发现粗糙表面导致非均匀收集效率，产生局部冲击峰值，进而放大现有粗糙特征。
2026-05-06 physics.flu-dyn
Shear-driven dynamics of surfactant-laden droplets on rough substrates
University of Minnesota（明尼苏达大学）
通过润滑理论模型，研究不可溶表面活性剂液滴在粗糙基底上受外部流动驱动时的去钉扎行为，发现马兰戈尼应力通过抵消压力驱动流提高临界去钉扎压力梯度。
2026-06-03 physics.flu-dyn
Wetting theory for small droplets on textured solid surfaces
Wenzel、Cassie-Baxter和Penetrate模式下的粗糙表面上的传统润湿理论提出了通过调整表面纹理来调节接触角的可能性。尽管经过了几十年的深入研究，仍然有许多实验结果没有得到很好的理解，因为传统的润湿理论，假设一个无限的液滴尺寸，已被用来解释测量有限尺寸的液滴。在这项研究中，我们提出了一个润湿理论，适用于任何液滴尺寸的基础上的自由能景观分析的各种润湿模式的有限尺寸的液滴在二维纹理表面。我们的研究的关键发现是，有许多量化的润湿角与当地的自由能最小值，这是显着的含义。我们发现，传统的理论可以预测的接触角在全局自由能最小值，如果液滴尺寸是40倍或更大的表面粗糙度的特征尺度。此外，我们确认了钉扎的起源是局部自由能极小值，并得到了钉扎的能垒作为几何因子的函数。我们验证我们的理论对实验结果的各向异性粗糙表面。此外，我们还讨论了具有粗糙中心区域和平坦边缘的非均匀粗糙表面上的润湿问题。我们的研究结果澄清了传统的润湿理论是有效的程度和扩大的物理理解的小液滴在粗糙表面上的润湿现象。
2016-05-02 physics.flu-dyn
Droplet leaping governs microstructured surface wetting
控制液体传输方向的微结构表面不仅在自然界中普遍存在，而且它们也是诸如雾/水收集、油水分离和表面润滑等技术过程的核心。然而，一个基本的了解，在这种表面上的液体传播的初始润湿动力学是缺乏的。在这里，我们表明，三个制度管理微结构表面润湿在短时间尺度上：蔓延，坚持，和接触线跳跃。后者涉及当液体跨越固体表面的特定部分时在润湿前沿下游建立新的接触线。实验和数值研究揭示了不同的制度出现在不同的流动方向在润湿周期性非对称微结构表面。这些见解提高了我们对液滴冲击、飞溅和振动表面润湿中的快速润湿的理解，并可能有助于为上述应用设计结构化表面。
2019-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boiling transitions during droplet contact on superheated nano/micro-structured surfaces
操纵表面形貌是用于提高涉及液滴与过热表面接触的许多工业过程的效率的最有前途的策略之一。在这种情况下，液滴可能会在接触时立即沸腾，飞溅和沸腾，或者可能在莱顿弗罗斯特状态下漂浮在自己的蒸汽上。在这项工作中，我们报告了水滴在使用高速光学和X射线成像观察到的广泛温度范围内与设计的纳米/微米纹理表面轻轻接触的结果。我们报告了一个矛盾的增加莱顿弗罗斯特温度（TLFP）的纹理间距降低到临界值（~10 μ m）以下。虽然这种纹理固体上的液滴在接触时似乎沸腾，但我们的研究表明，它们的行为主要是由流体动力学不稳定性决定的，这意味着TLFP的增加可能不一定会导致传热增强。在这样的表面上，液滴显示一个新的制度，其特征在于飞溅伴随着蒸汽射流穿透液滴之前，他们过渡到莱顿弗罗斯特状态。我们提供了一个全面的地图，在很大范围内的纹理间距的液滴的沸腾行为，可能有显着的影响，如电子冷却，喷雾冷却，核反应堆的安全和遏制火灾的应用。
2020-03-25 physics.app-ph physics.flu-dyn
Drop impact upon micro- and nanostructured superhydrophobic surfaces
我们的实验研究不同的超疏水表面，由规则的聚合物微图案和粗糙的碳纳米纤维，具有相似的静态接触角的下降冲击动力学。主要控制参数是韦伯数\We和表面粗糙度。在小的\We，即小的冲击速度下，两种类型的基材的冲击演变是相似的，表现出Fakir状态、完全反弹、部分反弹、捕获气泡、喷射和粘性振动水球。在大的\We，飞溅的影响出现形成几个卫星液滴，这是更明显的多尺度粗糙的碳丛林。结果表明，在纳米尺度上的多尺度表面粗糙度在小的\We $\apprle 120$的影响事件中起着次要的作用，但大的\We $\apprge 120$的一个重要的。最后，我们发现环境空气压力的影响是可以忽略的，在探索参数制度\We $\apprle 150$
2009-01-27 physics.flu-dyn
Modelling wetting-bouncing transitions of droplet impact on random rough surfaces
State Key Laboratory of Mesoscience and Engineering, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院过程工程研究所介科学工程国家重点实验室）；School of Civil Engineering, University of Sydney（悉尼大学土木工程学院）；School of Chemical Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学化学工程学院）
本文通过体积为流体模拟研究随机粗糙表面液滴撞击动力学，揭示了Weber数与表面粗糙度对润湿-弹跳转变的影响机制。
2026-03-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Capillary currents and viscous droplet spreading
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究粘性液滴在粗糙基底上的扩散行为，提出新的毛细流模型，解释了不同尺度液滴的扩散规律。
2026-01-31 physics.flu-dyn
Wetting Transitions of Condensed Droplets on Superhydrophobic Surfaces with Two-Tier Roughness
虽然实现液滴在固体粗糙表面上的自发润湿转变是相当具有挑战性的，但在许多需要高效去除液体的实际应用中，它正成为一个关键的研究课题。我们报告的润湿过渡的凝聚液滴自发地发生在柱撑表面的两层粗糙度，由于出色的超疏水性。该现象是由于当其尺寸变得与微柱的尺度相当时，单个液滴的顶侧上的拉普拉斯压力进一步降低，这导致从柱的谷到顶部的令人惊讶的稳健的自发润湿转变。从理论上推导了一个简单的标度律，表明液滴的临界尺寸由微柱间距决定。由于这个原因，水的高效去除大大受益于较小的微柱空间。此外，存在三种润湿过渡模式，其中原位润湿行为与我们的定量理论分析吻合得很好。
2015-06-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet impact of emulsions on inclined microstructured surfaces
Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学工程学院）；Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学材料研究所）
本文实验研究了20%体积分数的硅油-水乳液液滴在倾斜微结构化表面的撞击行为，识别出五种撞击模式，揭示了乳液撞击与水的差异及局部相分布对撞击的影响，为相关应用提供了新见解。
2026-09-01 physics.flu-dyn
Self-cleaning of hydrophobic rough surfaces by coalescence-induced wetting transition
超疏水性的荷叶等具有自清洁功能的天然表面已被广泛研究，以开发人工仿生表面。由分级结构产生的表面粗糙度是超疏水性和自清洁所需的关键性质。在这里，我们展示了一种新的自清洁机制的纹理表面归因于自发聚结诱导的润湿过渡。我们专注于润湿转变，因为它代表了一种新的机制，这可以解释为什么粗糙表面上的液滴能够从高粘附性的Wenzel状态变为低粘附性的Cassie-Baxter状态并实现自清洁。特别是，我们进行多体耗散粒子动力学模拟的液滴坐在机械纹理基板。我们定量研究了Cassie-Baxter和Wenzel状态下孤立液滴的润湿行为以及液滴的聚结。我们的模拟结果表明，在Cassie-Baxter状态的液滴有更低的接触角滞后和更小的流体动力学阻力比在Wenzel状态的液滴。当相邻的小液滴合并成较大的纹理疏水基板上，我们观察到一个自发的润湿过渡从Wenzel状态的Cassie-Baxter状态，这是由表面能合并后释放的液滴。对于超疏水表面，释放的表面能可能足以引起液滴离开表面的跳跃运动，在这种情况下，再增加一个液滴以聚结可以将跳跃速度增加一个数量级。当涉及多个液滴时，我们发现可以通过适当地设计液滴的总体布置和它们之间的距离来控制聚结液滴中液体组分的空间分布。
2018-10-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Analysis of high-energy drop impact onto deep liquid pool
本文研究了液滴撞击深液池的问题。它的重点是高能量飞溅制度的影响，造成的大雨滴在高速的影响。这些案件的特点是时间短，机制复杂，因此迄今为止很少受到关注。BASILISK开源求解器用于执行三维直接数值模拟（DNS）。八叉树自适应网格细化技术的能力，使捕捉流动的小尺度特征，而流体体积（VOF）的方法结合平衡力表面张力计算被应用到平流的液体的体积分数和重建的接口。数值计算结果与实验可视化比较良好：冠和腔的演变，韧带的发散，气泡冠的形成，和向下的螺旋射流的增长，穿透腔底，正确地再现。可靠的定量协议也获得了关于通过观察窗口的边缘位置，腔体尺寸和液滴分布的时间演变。此外，模拟可以访问内部流动的各个方面（速度，涡度，压力，能量预算），从而可以更好地解释相应的物理现象。详细讨论了气泡环捕获和飞溅性能的早期动力学，气泡冠的形成/崩溃，和液滴的传播。液滴尺寸的统计显示双峰分布的时间，证实了不同的主要机制，液滴生产在不同的阶段。
2023-02-06 physics.flu-dyn
Experimental And Numerical Studies Of Interaction Between Liquid Droplets And Hot Surfaces Under Different Conditions
在本文中，不同的液滴与不同的铁水表面之间的相互作用进行了实验和数值研究，所获得的结果进行了解释，用图形和图片。借助100 fps的摄像机观察了液滴的碰撞、铺展、破碎和冷霜现象。在不同的表面温度和不同的液滴撞击速度下进行了相互作用的研究。本研究选择了三种金属和三种液体。选择铜、铝和钢作为具有不同粗糙度因子和在不同温度下的金属，而在液体实体中，选择甲醇、乙醇和碳酸钾（在某些部分中还使用水）。金属的选择是基于热扩散性能，因为它影响熔滴和铁水表面之间的热相互作用。金属表面温度范围为150 ~ 425 ℃，液滴撞击速度范围为2.4 ~ 4.9 m/s。对于计算研究，使用Ansys Fluent R3-2019版本。采用VOF方法，通过求解Navier-Stokes方程和能量方程，在二维几何瞬态数值模拟中对相互作用过程进行了数值研究。研究了表面温度、热流密度和铺展比等参数对韦伯数变化的影响。这项研究的结果将有助于更好地理解物理机制，并开发新的模型，有效的喷雾冷却系统的设计。结果表明，与高韦伯数相比，韦伯数较低时，撞击后液滴的扩散范围较小。在不同的表面温度下，液滴的铺展率几乎是恒定的或均匀的，且仅与表面粗糙度有关。
2022-08-22 physics.flu-dyn
Effect of surfactant kinetics on the wetting following the drop impact onto rough surfaces
Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）
实验研究了表面活性剂动力学对液滴撞击粗糙表面后润湿的影响，发现动态表面张力差异在高浓度下显著影响铺展和最终覆盖面积，Surfynol 465效果最明显。
2026-07-03 physics.flu-dyn
Gradient flow formulation and second order numerical method for motion by mean curvature and contact line dynamics on rough surface
本文研究了无惯性和粘性应力作用下，液滴在倾斜粗糙表面上运动的动力学特性。在这种情况下，液滴的动力学是润湿域和毛细管表面方面的纯几何运动。使用一个单一的图形表示，我们解释这个几何运动作为一个梯度流的希尔伯特流形。我们提出了无条件稳定的一阶/二阶数值格式来模拟这种几何运动的液滴，这是使用运动的中曲率加上移动接触线。该计划是基于（i）明确的移动边界，解耦的动态更新的接触线和毛细管表面，（ii）移动网格上的半拉格朗日方法和（iii）预估校正法与非线性椭圆求解器高达二阶精度。对于空间变量连续的拟静态动力学问题，我们证明了一、二阶数值格式的稳定性和收敛性。为了证明所提出的计划的准确性和长期验证，几个具有挑战性的计算实例-包括呼吸液滴，非均匀粗糙表面上的液滴和准静态Kelvin悬垂液滴-构造和比较精确解的准静态动力学得到的去奇异微分-代数系统方程（DAE）。
2020-11-16 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Modulating Leidenfrost-like Prompt Jumping of Sessile Droplets on Microstructured Surfaces NPformat
本文报道在微柱表面上于130°C低温下实现水微滴的类莱顿弗罗斯特瞬跳，通过调控柱高改变热边界层厚度，实现两种气泡生长模式下的可控跳跃，为快速除污提供新策略。
2024-05-25 physics.flu-dyn
