凹槽结构表面液滴弹跳行为研究

摘要

对液滴弹跳的认识在喷墨打印、药物输运、微流控等技术领域中发挥着重大指导作用，因此受到人们的广泛关注。具有渐变间距的凹槽结构表面形成的润湿梯度使得撞击其上的液滴呈现复杂的不同方向的弹跳行为，数值模拟是研究该现象的有效方法。本文采用基于化学势模型的晶格Boltzmann方法，对液滴撞击相同间距和渐变间距的凹槽表面所产生的弹跳行为进行建模并对比分析，通过进一步分析液滴在弹跳过程中的接触角、接触线、受力、内部动量以及速度矢量的变化讨论导致反向弹跳的原因。结果表明，液滴在不对称凹槽上会产生一系列不对称形变，在韦伯数为42.4时，液滴完成铺展，收缩后趋向于亲水方向进行顺润湿梯度弹跳，而当液滴韦伯数增大到53时，浸入凹槽中液体更深且不对称性更为显著，导致右侧接触线扎钉，由此产生的迟滞力促使界面上的部分液滴收缩后重心向右迁移，最终导致液滴逆表面润湿梯度反弹。该研究可对设计操纵液滴运动的微结构表面具有指导作用。

关键词

晶格Boltzmann方法 / 数值模拟 / 异构表面 / 润湿性 / 液滴弹跳