液滴撞击超疏水表面后会经历铺展、回缩，直到完全反弹。这个过程非常复杂，因为它受到液滴自身惯性力、粘性力和表面的毛细力等多种力的作用。而液滴和表面的接触时间，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等的研究之后，利用表面宏观结构打破液滴轴对称性以减小接触时间逐渐成为了一个重要的方法。但是，金佳鑫等的工作发现，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，这主要与液滴的体积再分配和液膜非对称性两个机理有关。而接触时间的上升会很大程度上限制超疏水表面在防结冰等领域应用。因此，是否能通过影响液滴偏心撞击的两个机理，以削弱偏心撞击对接触时间的影响成为了超疏水宏观结构实际应用中的关键问题。

基于上述问题，华北电力大学工程热物理研究中心高淑蓉老师作为第一作者，硕士研究生金佳鑫作为第二作者，王晓东教授作为通讯作者，在流体领域的top期刊Physics of Fluids上发表了减少液滴偏心撞击接触时间的论文，论文题目为“Reducing the contact time of off-center impacts”。该项工作提出了利用倾斜宏观脊减小液膜非对称性，进而减小液滴偏心撞击的接触时间的新思路。并且，在深入分析了偏心撞击后液滴体积再分配和液膜非对称的机理的基础上，推导了液滴偏心撞击倾斜宏观脊接触时间的标度关系。

【论文概述】

通过格子波尔兹曼方法（LBM）模拟研究了液滴偏心撞击倾斜超疏水宏观脊表面的动力学行为，以证明通过改变液膜非对称性减小接触时间的可行性。对于正偏心撞击（Δx*>0），接触时间随着宏观脊倾角的增加而减少，这是因为增加宏观脊倾角可以减小液膜的非对称性；而对于负偏心撞击（Δx*<0），倾斜宏观脊可以进一步减少液膜的非对称性，当宏观脊倾角为30°到60°时，其影响可以忽略不计，导致接触时间比Δx*>0时更显著地减少。在此基础上，本文建立一个液滴偏心撞击倾斜宏观脊的接触时间的标度关系。这项工作为有效减少偏心撞击的接触时间提供了基础和实际的启示。

（模拟设置图）

（液滴偏心撞击倾斜宏观脊的接触时间）

（液膜非对称随宏观脊倾角的变化规律）

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)、中国航空研究院冰雪与防冰/除冰重点实验室项目（No.IADL20220102）、中国国家自然科学基金(No.52006064)资助。

撰稿人：金佳鑫