微织构表面液滴铺展过程的动力学仿真

摘要

液滴在粗糙表面上的铺展与润湿过程是十分复杂的,直接影响着表面上流体的流动与相变特性.通常液滴在粗糙表面上的润湿特性可以用平衡接触角直接反映,但是随着对表面润湿研究的深入,单纯地用一个静态接触角值来表述流体在固体表面上的润湿与铺展特性已远远不够.本文以Flow-3D软件为平台,对液滴在不同微织构表面上的铺展与润湿过程进行了动力学仿真,提出了液滴铺展过程固-液-气三相接触线的移动机制理论,并用接触线铺展标定律R～tn、接触线铺展速度v以及接触线最终铺展半径Rf三个参数评价液滴在微织构表面上的铺展与润湿特性.研究结果表明:液滴在微织构表面和光滑表面上分别满足R～t1/4和R～t1/7铺展标定律,微织构表面上存在的凸起或凹坑增大了铺展过程中固液间的接触面积,为液滴的铺展提供了额外的驱动力,铺展速度更快,最终铺展直径Rf更大.另外,液滴在微织构表面上的铺展与润湿过程具有各向异性,沿着微织构纹理方向的铺展速度快,铺展半径大.