液滴和超疏水表面的接触时间，代表了液滴和表面之间的能量、动量甚至质量交换程度。因此，在很多工业应用中，如防结冰、自清洁等，都需要减小接触时间。自Bird等提出利用单根宏观脊打破液滴轴对称性以减小接触时间后，不断有研究者提出新的宏观结构设计，都实现了接触时间的大幅下降。但是，以上结论只在液滴中心撞击时成立，而当液滴偏心撞击这些宏观结构时，液滴的接触时间会快速的上升，这会很大程度上限制超疏水表面在防结冰等领域的应用。关于偏心撞击引起接触时间的机理，之前的研究主要认为与液滴分裂后的体积有关，但是无法定量地计算偏心撞击的接触时间。而在实际应用中，偏心撞击的条件是最为常见且不可避免的，因此偏心撞击的内在机理和如何预测偏心撞击接触时间的问题亟需探讨。

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心硕士研究生金佳鑫作为第一作者，王晓东教授和高淑蓉副教授共同作为通讯作者，在流体领域的top期刊Physics of Fluids的首页上发表了在较高韦伯数下液滴偏心撞击的接触时间及其机理的论文，论文题目为“Mechanism and contact time of off-center impacts at relatively high Weber numbers”。该项工作归纳总结了液滴偏心撞击的两个主要机理，即体积再分配和液膜非对称性。详细推导了液滴偏心撞击接触时间随偏心距的标度关系，并证明了该标度关系在较高We数条件下均成立。

【论文概述】

通过格子波尔兹曼方法（LBM）模拟研究了相对较高韦伯数下的液滴偏心撞击垂直宏观脊的动力学行为。文章首先建立了较大部分液体体积与偏心距之间的关系，以阐明液体体积再分配的机理。在此基础上，研究了另一种机理，即液膜非对称性，以推导出接触时间与较大部分液膜长度之间的关系。结合这两种机理，最终建立了适用于广泛韦伯数范围的偏心撞击接触时间的标度关系。本工作对于超疏水宏观结构在实际应用领域具有重要的指导作用。

（模拟设置图）

（液滴偏心撞击宏观脊的接触时间）

论文得到了国家自然科学基金 (No.52006068)、国家自然科学基金重点项目(No.51936004)、北京自然科学基金(No.3212025)、中国国家自然科学基金(No.52006064) 、中央高校基本科研基金(No.2020MS063)资助。

撰稿人：金佳鑫