黏性流体液滴撞击超疏水壁面奇异射流的试验与模拟

液滴在特定条件下撞击超疏水壁面会形成奇异射流现象，该现象产生机理及调控机理有待进一步研究。基于高速显微数码摄像技术，研究不同黏度（0.9～27.7m Pa·s）牛顿流体液滴撞击超疏水壁面（静态接触角为158°）的动态行为，归纳奇异射流发生的相图。通过水平集相界面追踪法，建立液滴撞击超疏水壁面的有限元数值模型。研究结果表明：对于中低黏度（甘油质量分数小于67wt.%）的液滴，奇异射流现象发生在特定的We数区间。随着液滴黏度的增大，发生奇异射流的We数阈值提高。当液滴的黏度大于14.2 mPa·s后，即使继续提高液滴撞击速度（We>100），奇异射流现象不再出现。奇异射流的产生与回缩阶段液滴内空腔的形成有关，且发生射流时空腔底部有很大的压力集中区。黏度的改变会影响液滴内空腔底部气液交界处的界面形态。随着黏度增加，空腔底部气液相界面将由上凸形转变为下凹形，无法形成向上的射流。奇异射流主要发生于Re在700～1 000的区域，且在该区间内奇异射流发生的We数区域较宽，可为液滴动力学行为调控提供理论依据。