High Speed Imagery Analysis of Droplet Impact on Soft Oil Infused Surface
本研究通过高速成像和定量分析，探讨了OTS功能化及不同油涂层对平滑PDMS表面液滴撞击动力学的影响，发现表面功能化与油-PDMS相互作用显著调控液滴的铺展、回缩与回弹行为，为优化拒液表面提供了关键见解。
2025-03-04 physics.flu-dyn
Onset of rebound suppression in non Newtonian droplets post impact on superhydrophobic surfaces
液滴在超疏水表面上的沉积由于其在减少农药使用方面的潜在应用而成为近年来的一个重要研究领域。已知向水中添加微量的长链聚合物可以阻止超疏水表面上的液滴反弹效应。以往的研究认为，由于聚合物链的拉伸，拉伸粘度、弹性应力的优势或收缩阶段接触线的减慢等原因是不同的。本研究试图解开存在的关键标准的聚合物浓度和冲击速度对抑制液滴反弹。冲击速度将间接影响回缩阶段的剪切速率，聚合物浓度决定弹性流体的松弛时间尺度。最后，我们表明，Weissenberg数（在发病的收缩），它量化的弹性效应的聚合物链和流体力学，是在确定的制度的反弹抑制发病的关键参数，并存在一个临界值，它决定了发病的反弹逮捕。前面三个原因，这是在非牛顿流体中的弹性效应的表现，可以与建议的Weissenberg数准则。
2019-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collisions and rebounds of chemically-active droplets
活性液滴游动是由于它们消耗或释放的化学物质的分布与它们的非均匀表面分布所产生的马兰戈尼流的非线性平流耦合的结果。大多数现有的模型集中在无界流体中的单个液滴的自推进上，当扩散足够慢时（即，超过临界Péclet数，$\mbox{Pe}_c$），这会出现。尽管它的实验相关性，耦合动力学的多个液滴和/或碰撞的墙壁仍然大多未被探索。采用一种基于移动拟合双球面网格的新方法，求解了化学溶质和流场的全耦合非线性动力学，详细描述了活性液滴与刚性壁面（或与第二液滴）的轴对称碰撞。动力学是惊人的不同取决于对流扩散传输比，$\mbox{Pe}$：接近自推进阈值（中度$\mbox{Pe}$），回弹动力学由化学相互作用设定，并且通过渐近分析很好地捕获;相反，对于较大的$\mbox{Pe}$，流体动力学和化学效应的复杂和非线性组合设定详细的动力学，包括更接近壁和在液滴反弹后不久的速度平台。回弹特性，即最小距离和持续时间，最后根据$\mbox{Pe}$完全表征。
2019-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Preferential Condensation of water droplets using hybrid hydrophobic-hydrophilic surfaces
我们提出了一种混合微织构表面与异质疏水区冷凝水蒸气，同时保持抗润湿行为。显示了流体动力学视频，展示了均匀疏水结构和具有混合润湿区域的相同结构上的冷凝之间的差异。
2010-10-15 physics.flu-dyn
High-Speed Imagery Analysis of Droplet Impact on Van der Waals and Non-Van der Waals Soft-Textured Oil-Infused Surfaces
Indian Institute of Technology (IIT) Goa（印度果阿理工学院）
研究通过高速影像分析液滴撞击不同表面功能化处理对液滴撞击行为的影响，发现油吸收能力影响液滴反弹性能，SO-5cSt油能稳定润滑层促进完全反弹，而十六烷油则随时间逐渐失去油导致反弹性能下降。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Droplet impact on asymmetric hydrophobic microstructures
单向排斥液滴的纹理疏水表面在自然界中发现，例如蝴蝶翅膀和黑麦草叶，并且在自清洁和防冰等技术过程中也是必不可少的。然而，液滴对这种表面的影响还没有完全了解。在这里，我们研究，使用高速摄像机，液滴的影响与倾斜的微柱表面。我们观察到定向反弹，在高冲击速度与密集阵列的支柱表面。我们将这种不对称性归因于结构侧壁的润湿行为的差异，导致与倾斜相比，接触线在与倾斜相反的方向上的收缩较慢。实验观察的补充与数值模拟，以阐明详细的运动的液滴的支柱。这些见解提高了我们对液滴对疏水微结构的影响的理解，并可能有助于设计用于控制液滴流动性的结构化表面。
2022-03-09 physics.flu-dyn
Driving Droplet by Scale Effect on Microstructured Hydrophobic Surfaces
提出了一种新型的水滴在微结构疏水表面上的输运方式，并从实验和理论上进行了研究--水滴可以通过尺度效应来驱动，这与传统的水滴输运方式不同。制备了梯度微结构疏水表面，其中面积分数保持恒定，但微柱的尺度单调变化。当外加水或水平振动时，水滴会沿小尺度向大尺度方向单向运动，从而降低其总表面能。基于线张力模型的一种新的机理可以用来解释这一现象。动态接触角随微柱尺度的增大而减小。这些新发现将加深我们对拓扑结构与润湿性能之间关系的理解，并且对微流体系统中液滴传输装置的设计非常有帮助。
2012-08-05 physics.flu-dyn
Effects of anisotropic confinement on droplet rebound from superhydrophobic surfaces
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究各向异性约束对超疏水表面液滴反弹的影响，通过带凹槽基板实现约束，用非理想多弛豫时间格子玻尔兹曼方法模拟并验证。扩展液滴模型，组织两种模式，探讨壁亲和力影响，表明此约束改变了接触时间减少的问题本质。
2026-07-21 physics.flu-dyn
To grate a liquid into tiny droplets by its impact on a hydrophobic micro-grid
我们报告的实验滴影响疏水性微网格，典型的间距几十$μ$ m。当冲击速度超过临界值时，液体会向另一侧涌出，形成与网格孔大小相当的微滴。我们提出了一种方法来产生单分散喷雾或体积小至几皮升的单个微小液滴，对应于液滴体积除以高达10倍的$^5$。我们还讨论了测量的阈值与预测的惯性和毛细作用之间的平衡的差异。
2009-11-30 physics.flu-dyn
Three-dimensional study of double droplets impact on a wettability-patterned surface
基于三维多弛豫时间赝势格子Boltzmann模型，研究了两液滴同时撞击具有润湿性差异的平面时的定向运动和回弹行为.详细研究了润湿性差、韦伯数和液滴间距等因素对定向运动和回弹行为的影响。数值结果表明，润湿差引起的不平衡杨氏力会使液滴向表面疏水性较低的一侧反弹或横向迁移，液滴的接触时间随着润湿差的增大而减小。此外，值得注意的是，在较低的韦伯数的情况下，存在二次扩展行为，这反过来又导致接触时间的增加。此外，对于液滴间距的影响，我们发现液滴的聚结强度随着液滴间距的增大而减小，特别是聚结液滴在非对称收缩过程中分裂成两个子液滴，并定义了三种分离模式来揭示液滴间距的影响.
2022-01-19 physics.flu-dyn
Micron-scale droplet deposition on a hydrophobic surface using a retreating syringe
对液滴在疏水表面的沉积进行了实验和数值模拟研究。同一个注射器可以产生多种液滴尺寸，这在很大程度上取决于针头缩回速度。根据接触线的运动，确定了三种状态。在区域I中，在缓慢的回缩速度下，接触线扩展并且可以实现大的液滴。在区域II中，在中等针速下，形成准圆柱形液体桥，导致大约针的尺寸的液滴。最后，在高速下（区域III），接触线缩回，观察到比注射器直径小得多的液滴。标度参数识别在每个政权的主导机制。从非线性数值模拟的结果与实验吻合良好，虽然预测的准确性是有限的动态接触角的行为不充分的模型。
2009-04-15 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
Mitigation of fine hydrophobic liquid aerosols by polydispersed uncharged and charged water droplets
本研究在自制缩比试验台中，利用高速成像与理论建模探讨了未荷电与荷电水滴对细小疏水性液体气溶胶的清除现象，测量了水滴粒径分布与电荷，为去除大气可吸入颗粒提供了方法与实验依据。
2024-06-27 physics.flu-dyn
Dropwise Condensation on Hydrophobic Cylinders
在这项工作中，我们研究了水平疏水圆柱直径对液滴生长的影响。我们假设，由自然对流产生的浓度梯度围绕水平圆柱体是与圆柱体上的冷凝液滴的增长。我们推导了一个简单的液滴生长的标度律，并与实验结果进行了比较。预测的液滴直径（d）随不同时间点圆柱直径（D）的负指数与实验数据的总体趋势相似。此外，观察到圆柱体直径对液滴生长的这种影响比由不同表面温度产生的过饱和条件更强。
2016-03-01 physics.flu-dyn
Suppressed Leidenfrost phenomenon during impact of elastic fluid droplets
本文重点介绍了非牛顿（弹性）效应的液滴的影响现象的温度大大高于沸点，特别是在或以上的莱顿弗罗斯特制度的作用。雷登弗罗斯特点（LFP）被发现减少与增加的影响韦伯数（基于速度之前的影响）为固定的聚合物（聚丙烯酰胺，PAAM）的浓度。水滴在非常低的韦伯数（~22）下碎裂，而聚合物液滴在高得多的韦伯数（~155）下抵抗碎裂。我们还改变了聚合物浓度，并观察到直到1000 ppm，LFP与水相比更高。这意味着通过使用弹性流体可以延迟效果。我们已经证明了在回缩过程中弹性效应（表现为形成持久的细丝）在改善LFP中的可能作用。然而，对于1500 ppm，LFP低于水，但在初始冲击期间具有相似的停留时间。此外，我们还研究了韦伯数和粘弹性效应对405 ℃下回弹行为的影响。我们观察到，临界韦伯数，直到液滴抵抗破碎在405 ° C与聚合物浓度增加。此外，对于一个固定的韦伯数，液滴的反弹高度和悬停时间增加到500 ppm，然后下降。类似地，对于固定的聚合物浓度，如1000和1500 ppm，回弹高度显示出增加的趋势，达到一定的韦伯数，然后下降。反弹高度的这种非单调行为归因于在悬停阶段期间观察到的反弹动能向旋转能的转移。
2020-05-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analytical prediction of electrowetting-induced jumping motion for droplets on textured hydrophobic substrates: Effects of the wetting states
该研究基于能量守恒建立闭式与统一公式，解析预测平面及纹理疏水表面上 Cassie-Baxter 与 Wenzel 状态液滴的电润湿诱导跳跃速度。
2020-07-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet impact behavior on a hydrophobic plate with a wettability-patterned orifice
本研究采用格子玻尔兹曼方法模拟液滴撞击带方形孔疏水板，发现异质孔润湿性差异与 Weber 数共同决定液滴是否分裂，润湿性图案化孔会促进粘附，其动态行为由动压、毛细压力与粘性压力损失竞争决定。
2024-04-23 physics.flu-dyn
Spreading dynamics of droplets impacting on oscillating hydrophobic substrates
本研究实验探究了液滴撞击正弦振荡疏水基底的铺展动力学，发现铺展分为受惯性与振荡控制的阶段I和回缩中因基底附加能量产生的阶段II，并推导了预测最大铺展直径及时间的比例分析，为优化基底振荡控制液滴铺展及传热传质应用提供依据。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Droplet Impact Dynamics on Micropillared Hydrophobic Surfaces
研究了微柱间距和撞击速度对微柱疏水表面上的水滴撞击动力学的影响。通过高速摄影定性地给出了结果，通过润湿直径和液滴高度的时间变化定量地给出了结果。瞬态定量结果的表征是我们工作的一个新方面。三个不同的制度，即无弹跳，完全弹跳和部分弹跳。从一种状态到另一种状态的过渡存在一个临界螺距和冲击速度。这是解释与示范Cassie Wenzel润湿过渡中的液体渗透在较大的间距或冲击速度的支柱之间的凹槽。在俯仰和冲击速度图上划分了这些区域。一个很好的协议，目前的测量和公布的分析模型之间的报告。
2016-01-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The magneto-Leidenfrost effect in ferrofluid droplets
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
研究磁场对铁磁流体液滴动态莱顿弗罗斯特效应的影响，发现磁场可诱导液滴在低于零场莱顿弗罗斯特温度下反弹，提出磁-莱顿弗罗斯特效应的理论框架。
2026-06-17 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.pop-ph
Criterion for sliding / rolling characterization during droplet motion over superhydrophobic surfaces
超疏水表面是近年来研究的热点，其原因之一是超疏水表面的自清洁特性，即液滴在其表面上自由滚动的能力，但现有文献大多是关于液滴在超疏水表面上的静态润湿行为的研究，对液滴在超疏水表面上运动的物理机制也没有进行详尽的理论研究为了分析液滴在超疏水表面上的滑动/滚动特性，提出了一个无量纲数来表征液滴在超疏水表面上的滑动和滚动，这个数被称为“滑移雷诺数”.对不同表面和液滴特性的液滴运动进行了模拟，得到了一个与滑动/滚动行为相对应的唯一数值，并用文献中的实验对该数值的适用性进行了检验。
2015-11-27 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamics of dielectric droplet collision with variant wettability surfaces
本文通过实验与半解析模型研究介电液滴在电场中撞击超疏水及亲水表面的动力学，揭示回弹抑制、各向异性回缩、指状失稳与最大铺展规律。
2020-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle deposition after droplet evaporation on super-hydrophobic micro-textured surfaces
我们研究了当一滴胶体颗粒在由微柱制成的超疏水表面上干燥时获得的最终沉积物的大小和形状。正如预期的那样，大多数颗粒位于圆形区域内，其半径大致对应于结构内液体刺穿的拉普拉斯压力阈值（Cassie-Wenzel转变），由于接触线钉扎引起咖啡污渍沉积。尽管宏观上液体/固体摩擦很低，但在主环外部区域的柱顶部观察到微小沉积物，这一点不太令人期待。实验进行了不同的颗粒浓度和初始体积的下降，以确定这些参数对沉积物的尺寸分布的影响。根据最近的非挥发性液体滑动滴的实验，提出了微小沉积物的微观见解。
2012-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Suppression of water vapor condensation by glycerol droplets on hydrophobic surfaces
本文研究甘油液滴在疏水表面上的防凝结作用，通过与盐溶液和吸湿醇对比及实验与理论建模，揭示其可形成广阔干燥区并为防冰防霜材料设计提供指导。
2023-11-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic wetting and heat transfer during droplet impact on heated bi-phobic wettability-patterned surfaces
本文研究了液滴在双疏热表面（疏水点超疏水基体）上的动态润湿行为和传热特性。一个非图案化的超疏水和粘性疏水表面作为控制润湿性表面。正如预期的那样，润湿和传热动力学的差异是明显的所有表面，在后退阶段的变化最明显。在扩展过程中，惯性的影响占主导地位的液滴动力学和传热主要是由对流在接触线和内部流动。随着接触线速度随时间降低，接触线处的蒸发冷却变得重要，特别是对于双疏表面，其中液体在后退期间保持捕获在疏水点上。这些卫星液滴增加了接触面积和接触线长度，并在主液滴剥离后辅助传热和基板冷却。与疏水表面相比，双疏表面上的接触线传热的贡献增加了17至27%，这取决于相对于疏水点的影响位置。尽管如此，双疏表面具有较低的总热能传递。然而，与普通的超疏水表面相比，通过图案化表面，传热增强了33%至46%。根据应用，在不同表面之间存在权衡：粘性疏水表面提供最佳冷却效率，但易于溢流，而超疏水表面排斥液体，但冷却效率较差。双疏表面提供了具有合理的冷却效率和低溢流概率的中间路径。
2020-05-29 physics.app-ph 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
Evaporation of dilute sodium dodecyl sulfate droplets on a hydrophobic substrate
载有表面活性剂的固着液滴的蒸发在自然界和工业应用如喷墨印刷中无所不在。当表面活性剂浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，可溶性表面活性剂开始在水溶液中形成胶束。在这里，十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液固着液滴在疏水表面上的蒸发进行了实验研究，SDS浓度范围从0.025到1 CMC。与静止水滴的恒定接触角相反，我们观察到，在同一表面上，浓度低于0.5 CMC的SDS负载液滴的接触角首先减小，然后增大，最后减小，导致局部接触角最小。令人惊讶的是，发现最小接触角显著低于静态后退接触角，并且其随着初始SDS浓度的降低而降低。此外，发现在局部接触角最小值处的本体SDS浓度随着初始SDS浓度的降低而降低。观察到的接触角最小值相对于归一化蒸发时间的位置及其最小值被证明与相对湿度和液滴体积以及因此与总蒸发时间无关。我们讨论了所观察到的接触角动力学在基板上的SDS分子在浓度低于0.5 CMC的无序层的形成。本工作强调了固着液体表面活性剂液滴蒸发的复杂性和蒸发过程中的表面活性剂-基板相互作用的影响。
2019-08-26 cond-mat.soft physics.atm-clus physics.flu-dyn
Bouncing microdroplets on hydrophobic surfaces
本研究通过理论和实验证明，疏水表面上微液滴的弹跳存在依赖于速度的判据，量化了耗散、粘附与动能的相互作用，并揭示了相关现象，对气溶胶科学具有重要意义。
2025-03-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical and Theoretical Modeling of Droplet Impact on Spherical Surfaces
液滴对固体表面的冲击是增材制造、热管理和涂覆中广泛涉及的流体现象，其中对冲击动力学和持续时间施加控制的能力是至关重要的。虽然过去的研究已经建立了一个全面的了解的影响，平面基板上，我们知道的弯曲固体表面上的冲击动力学仍然是有限的。本文采用轴对称格子玻尔兹曼方法（LBM）和理论分析相结合的方法，研究了液滴在不同韦伯数（$We$）、半径（$R_s$）和表面润湿性（$θ^{eq}$）的球面上的撞击过程.在我们以前的工作[H. Dalgamoni和X. Yong，Phys.Rev.E98，13102（2018）]进行了扩展和修改，以模拟液滴在低韦伯数状态下（即，$We \leq 15$），其中液滴变形的轴对称假设成立。LBM模拟结果表明，$We$、$R_s$和$θ^{eq}$对液滴在撞击过程中的扩展和反冲有显著影响.参数研究揭示了五种影响结果，从完全沉积到完全反弹。模拟预测相图的构建和相关的总时间，液滴与固体接触。此外，还建立了一个基于撞击过程能量收支的理论模型，预测了不同We时撞击球形目标的反弹阈值，并与模拟结果进行了比较。这些研究结果提供了基本的洞察表面结构设计控制液滴流体动力学和接触时间在影响。
2021-05-12 physics.flu-dyn
Inhibition of water vapor condensation by dipropylene glycol droplets on hydrophobic surfaces via vapor sink strategy
本研究通过实验与理论模型分析二丙二醇液滴在冷却疏水表面形成干区环的规律，揭示其利用蒸汽汇效应抑制水蒸气凝结的机制。
2024-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary-scale solid rebounds: experiments, modelling and simulations
一个毫米大小的超疏水球撞击在静止浴的自由表面上，可以通过毛细效应和动态流体力被推回空气中，同时将其部分能量转移到流体中。我们报告的结果，这一现象进行了彻底的调查，涉及不同的方法。在从产生反弹所需的最小冲击速度的范围内的影响速度，导致下沉的固体球，我们专注于恢复的恢复系数，接触时间和最大表面偏转的依赖关系的不同的物理参数的问题。实验、模拟和渐近分析揭示了反弹指标的趋势，揭示了韦伯数谱两端的新现象，并使数据崩溃。使用伪固体球的直接数值模拟成功地再现了实验数据，同时还提供了对从实验中确定具有挑战性的流量的洞察。一个模型的基础上匹配的运动的一个完美的疏水性的冲击线性化的流体自由表面进行验证，对直接的数值模拟和使用在低韦伯数制度。本研究中的分层和交叉验证模型使我们能够在具有挑战性的多尺度系统中探索整个目标参数空间。
2020-12-14 physics.flu-dyn
Numerical Investigations of Jet A Hexane Binary Fuel Droplet Impact on a Heated Solid Surface
本文采用VOF方法数值研究了Jet A-Hexane二元燃料液滴在加热固体表面的撞击动力学，揭示了燃料混合对铺展、沸腾和回弹的影响，并提出了韦伯数、铺展比与壁面热流密度的新关联式。
2025-09-16 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
CFD analysis of effects of surface wettability and flow rates on the interface evolution and droplet pinch-off mechanism in the cross-flow microfluidic systems
本文采用有限元法数值研究了表面润湿性对T型微通道内两相不混溶流动和液滴夹断动力学的影响。采用守恒水平集方法（CLSM）对宽流速比（$1/10 \leq Q_r \leq 10$）和接触角（$120^{\circ} \leq θ\leq 180^{\circ}$）下的压缩区界面拓扑（$Ca_c <10^{-2}$）进行了研究。根据瞬时相位分布，将液滴形成过程分为初始、填充、挤压、夹断和稳定液滴。在灌浆期，水分的影响不明显。然而，疏水效应在挤压和夹断阶段更明显。工程参数通常显示出对无量纲参数（$Ca_c$、$Q_r$、$θ$）的复杂依赖性。捕捉瞬时界面演化揭示了液滴形状对接触角的敏感性。在疏水（$120^{\circ} \leq θ\leq 135^{\circ}$）条件下，界面轮廓立即由凸形变为凹形，而在超疏水（$150^{\circ} \leq θ\leq 180^{\circ}$）条件下，界面轮廓缓慢地由凸形变为凹形。与文献不同，分散相中的压力不是恒定的，而是与连续相中的压力成反相。基于压力和相位分布比较填充和夹断时间带来了新的见解，即使没有流动可视化和相位分布，也可以通过安装压力传感器来阐明液滴夹断机制。当拉普拉斯压力由小到大变化时，界面曲率由平坦变为更凹的形状。界面颈宽（2 r）随接触角的增大呈现先增大后减小的趋势。
2022-10-10 physics.flu-dyn
Increased solidification delays fragmentation and suppresses rebound of impacting drops
本研究探究液滴内部凝固程度对其撞击升华干冰表面结果的影响，发现凝固厚度由撞击速度决定，可抑制反弹、延迟破碎，揭示了热-弹性毛细作用的机制，补充了过冷表面液滴撞击的结果谱系。
2025-06-12 physics.flu-dyn
Hydrodynamics of magnetic fluid droplets on superhydrophobic surfaces
研究了水平磁场作用下超疏水SH表面上铁磁流体液滴的碰撞后流体动力学行为。通过改变冲击韦伯数We、哈特曼数Ha和通过磁键数Bom表现的磁场强度，观察到了广泛的动力学。对于固定的We 60，我们观察到，在适度低的Bom 300，液滴反弹的SH表面被抑制。我们被选中观察各种影响的结果，并揭示随之而来的铁流体动力学机制。我们还表明，铁流体动力学相互作用导致不对称的扩展，和液滴的扩展优先在正交的方向上的磁场线。我们分析表明，在收缩制度，动能的液滴是不均匀分布在横向和纵向方向上，由于洛伦兹力。这最终导致抑制液滴反弹。我们研究了Bom在固定We 60的作用，并观察到，液体薄层在收缩阶段开始时变得不稳定，通过孔的成核，它们的增殖和破裂后达到临界厚度仅在SH表面上，但不存在亲水表面上。我们提出了一个分析模型来预测在一个临界Bom的不稳定性的发病。分析模型表明，临界Bom是冲击We的函数，临界Bom随着We的增加而减小。我们说明了一个相位图，涵盖了所有的后影响SH表面上的铁流体动力学现象，为广泛的我们和Bom。
2020-01-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
Singular jets during droplet impact on superhydrophobic surfaces
研究发现超疏水表面液滴撞击过程中存在由水平惯性引发的新型奇异喷射现象，揭示了其形成机制与状态图谱。
2025-12-02 physics.flu-dyn
Curvature Gradient Driving Droplets in Fast Motion
较早的工作发现了液滴在亲水圆锥表面上的自发定向运动，而不是疏水情况。本文证明了在不考虑接触角性质的情况下，液滴在任何表面上都可以发生自发的定向运动。发现驱动力与表面的曲率梯度成正比。在曲率半径小的曲面上可以引导快速运动。上述发现有助于创造更有效的液滴传输技术，并更好地理解一些观察到的自然现象。
2011-01-20 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Marangoni-driven flow instability accelerates liquid-solid contact on atomically smooth mica
研究发现在潮湿大气中酒精液滴撞击原子级光滑云母表面时，Marangoni驱动的不稳定性会在液滴表面产生图案，从而加速液固接触的形成，且可通过改变液体组成来调控该不稳定性。
2025-01-31 physics.flu-dyn
On the Navier-slip boundary condition for computations of impinging droplets
本文提出了一种适用于锐界面法计算液滴碰撞问题的摩擦边界条件下的滑移数与网格有关的关系。得到的关系作为雷诺数，韦伯数和网格尺寸的函数。所提出的关系验证了几个测试用例通过比较数值计算得到的润湿直径与实验结果。此外，计算得到的最大润湿直径使用建议的滑移关系与理论预测进行了验证。计算得到的最大润湿直径与理论预测值之间的相对误差小于10%的亲水性表面上的液滴，和疏水性表面的情况下的误差增加。
2015-10-09 physics.flu-dyn
Ice-bridging frustration by self-ejection of single droplets results in superior anti-frosting surfaces
本研究针对被动防霜表面无法完全阻断冰桥传霜的问题，设计了疏水纳米结构修饰的截顶微锥阵列，利用单液滴自弹射阻碍冰桥形成，将霜速降至0.5μm/s以下，且结构易制造、兼具机械强度。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Vibration-induced actuation of droplets on microstructured surfaces
当液滴撞击具有不对称拓扑结构的振动微结构表面时，液体在其弹跳期间执行水平运动。当液体与低表面能表面（例如疏水表面）接触时，在宽的振幅和频率范围内观察到移动效应。我们提出液滴的运动方向是由固体和液体之间的接触，由于不对称的几何形状的不平衡的蒸汽流施加的力驱动。我们观察到的悬浮和运动动力学的液滴的振动的微结构表面上的冲击，揭示的过程负责之间的过渡制度的移动，不动，和破碎的液滴的振动幅度和频率的增加。根据实验结果和对液滴动能的分析，建立了液滴动态运动的定量模型，并分析了液滴的振动特性。
2020-09-08 physics.flu-dyn
Hydrodynamic friction of fakir-like super-hydrophobic surfaces
位于超疏水表面上的流体液滴仅在小的隔离区域与表面接触，并且主要与周围空气接触。因此，在这种表面附近运动的流体经历非常低的摩擦，并且超疏水表面在层流状态下显示出强烈的阻力减小。在这里，我们认为理论上的超疏水表面的圆形职位（所谓的苦行僧几何）位于一个平面的矩形晶格。使用适当的空间依赖强度的点力的叠加，我们推导出有效的表面滑移长度的平面剪切流在这样的fakir表面作为一个无限系列的线性方程的解决方案。在小表面覆盖的渐近极限的支柱，该系列可以解释为黎曼和，和滑移长度可以得到解析。对于正方形格子上的帖子，我们的分析结果与以前的数值计算在很好的定量协议。
2010-05-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporative thermo-fluidics and deposition patterns in surface-active droplets
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼分校）
研究表面活性剂负载液滴蒸发过程中热质传输和沉积模式，通过实验和理论分析揭示表面活性剂浓度与润湿性对蒸发速率及对流的影响。
2026-04-15 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Spreading dynamics of a droplet impacting a sphere
在自然界中，高速雨滴经常撞击并传播在弯曲的表面上，例如树叶。虽然表面上的跌落冲击是工业应用的传统主题，但在自然情况下弯曲表面上的跌落冲击动力学知之甚少。在本研究中，我们研究了随时间变化的扩散动力学的一个下降到一个弯曲的疏水表面。我们还观察到，在弯曲表面上的液滴比在平坦表面上的液滴扩散得更远。为了了解扩散动力学，一个新的分析模型的基础上开发的体积守恒和时间能量平衡。该模型在液滴碰撞的早期和后期都与已有的模型相收敛。我们将新模型与各种曲面和冲击速度上的测量扩展长度进行了比较，结果吻合良好。
2022-08-30 physics.flu-dyn
The friction of a mesh-like super-hydrophobic surface
当液滴位于超疏水表面上方时，它仅勉强接触表面的固体部分，因此在其上非常容易滑动。更一般地，超疏水表面已被证明导致层流状态下的粘性摩擦显著降低，因此感兴趣的是量化其有效滑动特性作为其几何特征的函数。大多数以前的研究都认为流动由长槽阵列或孤立的固体柱在一个平面固体基底上界定，因此周围的空气构成了连续相。在这里，我们考虑的情况下，而不是在一个连续的无滑动表面的超疏水表面是由孤立的孔，特别是专注于最近实验实现的网状几何形状。我们提出了一种分析方法来计算这种表面的情况下，网格是薄的摩擦。计算的表面的有效滑动长度的结果，相比简单的估计，并提出了一个实用的拟合显示对数依赖于固体表面的面积分数。
2009-11-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Airborne liquid marble: Evaporation dynamics of liquid marble in acoustic levitation
Graduate School of Engineering, Kogakuin University（工学士院）；Department of Mechanical Engineering, Kogakuin University（工学院）
本研究通过背光和BOS方法实验探究声悬浮液珠的蒸发动力学，发现中等湿度下蒸发类似纯水，高/低湿度下受颗粒层影响显著，且液珠随时间扁平化，为无污染微流控设计提供新见解。
2026-10-07 physics.flu-dyn
Driving Droplets by Curvi-Propulsion
如何使小液滴在固体表面上自发地定向运动是芯片实验室技术、DNA分析和换热器中的一个挑战。最著名的机制，润湿性梯度，对于大多数目的来说不能足够快地移动液滴，并且不能移动小于由接触角滞后所限定的临界尺寸的液滴。在这里，我们报告的机制，使用曲率梯度，我们表明是特别有效的加速小液滴，并适用于亲水性和疏水性表面。在亚毫米范围内的玻璃锥上的水滴的实验表明，最大速度为0.28米/秒，两个数量级高于通过润湿性梯度获得。从简单的考虑液滴表面积的变化，我们表明，施加在液滴上的圆锥形表面的规模作为曲率梯度的力。因此，对于靠近圆锥尖端的小液滴，该力发散。我们用分子动力学模拟说明了这一点，并描述了纳米尺度的液滴自发移动超过100米/秒的纳米锥。
2012-02-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop impact on superheated surfaces
当液滴撞击在加热到高于液体沸点的光滑表面上时，液滴或者在接触表面时立即沸腾（"接触沸腾“），或者在没有任何表面接触的情况下形成朝向热表面的莱顿弗罗斯特蒸汽层并反弹（"温和膜沸腾”），或者两者都形成莱顿弗罗斯特层并向上喷射微小的液滴（"喷射膜沸腾“）。我们实验确定的条件下，在每个政权的影响行为可以实现。我们发现，无量纲的最大传播$γ$的影响液滴在温和的和喷雾膜沸腾制度的加热表面上显示了一个普遍的缩放与韦伯数$\We$（$γ\sim\We^{2/5}$）-无论表面温度和液体性质-这是比非加热（亲水或疏水）表面（$γ\sim\We^{1/4}$）的影响陡峭得多。我们还干涉测量液滴下的蒸汽厚度。
2011-11-02 physics.flu-dyn
Contact angle determination in multicomponent lattice Boltzmann simulations
疏水表面上的液滴在微流体应用中是普遍存在的，并且存在许多常用的多组分和多相格子Boltzmann方案来研究这样的系统。在本文中，我们专注于一个流行的实现多组分模型介绍单和陈。在这里，不同组件之间的相互作用被实现为排斥力，其强度由模型参数确定。在本文中，我们提出了一个疏水表面上的液滴的模拟。我们研究了接触角对模拟参数的依赖性，并定量比较了不同的方法来确定它。结果表明，该方法能够模拟整个范围的接触角。我们发现，先验确定的接触角是取决于模拟参数的不确定性为10%至20%。
2010-10-13 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Breakup Dynamics of Capillary Bridges on Hydrophobic Stripes
采用直接数值模拟的方法，对两个亲水条带之间的疏水条带上的毛细桥的破碎动力学进行了实验和数值研究。毛细桥由润湿化学图案化表面的三个相邻条纹的蒸发水滴形成。通过在相空间表示中考虑破碎过程，可以在确定精确破碎时间时没有不确定性的情况下评估破碎动力学。模拟基于在自由表面3D（FS 3D）中实现的流体体积（VOF）方法。为了构造物理上真实的VOF模拟的初始数据，使用Surface Evolver计算与实验一致的初始配置。在交错网格上的Navier滑移边界条件的一种新的离散化减少接触线的数值不稳定性。毛细管桥的破裂不能用唯一的比例关系来表征。相反，在分裂过程的不同阶段，适用不同的标度指数，桥的结构发生了质的变化。在破裂的最后阶段，毛细管桥形成液体线，其破裂与瑞利-高原不稳定性一致。
2021-04-20 physics.flu-dyn
Ultrafast Spontaneous Motion of Nanodroplets
使液滴在固体表面上自发移动是芯片实验室和热交换器技术的关键挑战。最著名的机制，润湿性梯度，通常不能足够快地移动液滴，并且不能驱动小于临界尺寸的液滴。在这里，我们报告如何曲率梯度是特别有效的加速小液滴，并适用于亲水性和疏水性表面。实验表明，在亚毫米范围内的曲率半径的锥形表面上的水滴的最大速度为0.28米/秒，两个数量级高于通过润湿性梯度获得。我们表明，施加在液滴上的力的尺度作为表面曲率梯度。利用分子动力学模拟，我们观察到纳米级液滴自发运动超过100米/秒的锥形表面。
2012-05-28 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Liquid Hertz Contact: softness of weakly deformed drops on non-wetting substrates
弱变形液滴在非润湿表面上的行为通常用线性模型来描述。我们表明，这些简单的图片不能占测量液滴的振动或反弹的超疏水基板上的动态。我们证明，在以前的作品中观察到的一些特殊的实验观察可以通过对数校正的线性模型来理解。
2012-09-24 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Do liquid drops roll or slide on inclined surfaces?
本文采用扩散界面模型，考虑任意平衡接触角，研究了重力作用下二维液滴在倾斜表面上的运动。通过将液滴内部的速度梯度分解为剪切流和残余流来分析运动学。这种分解有助于区分液滴的滑动运动和滚动运动。我们的详细研究证实了直觉，在滚动运动占主导地位的液滴形状接近一个圆圈，液滴和周围流体之间的粘度对比变大。作为运动学的结果，一般液滴形状中的旋转量遵循以几何形状为特征的通用曲线，并且与邦德数、表面倾斜度和平衡接触角无关，但由滑移长度和粘度对比度确定。我们的研究结果打开了一个合理的设计液滴表面性能的方式，无论是当滚动运动是可取的（如在自清洁疏水液滴），或当它必须被阻止（如在杀虫剂喷洒在树叶上）。
2014-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
