液滴撞击固体表面由于其广泛的工程应用，如喷墨打印、喷雾冷却、自清洁、和防结冰等，引起了人们的广泛关注。液滴撞击疏水或超疏水表面时，会经历铺展和回缩过程，如果有足够的能量，可能会从表面反弹。接触时间是指从液滴刚撞击表面到从表面反弹的时间间隔，是表征液滴反弹动力学的关键。由于接触时间可以决定液滴与表面之间质量、动量和能量交换的程度，因此控制接触时间对于控制液滴与表面的传热是非常重要的，这对设计表面和有效评价其在实际应用中的防冻、防冰和自清洁性能具有重要意义。然而以往关于接触时间的研究主要集中在液滴撞击水平表面上，而倾斜表面在自然界和实际应用中更为普遍，如液滴对飞机机翼的撞击。而最近的工作研究了倾斜超疏水表面的碰撞动力学，发现接触时间主要受倾角和撞击韦伯数的影响。但液滴撞击倾斜疏水表面的动力学机理和接触时间还未被深入探究，因此，液滴撞击倾斜疏水表面的回弹机理，包括韦伯数、倾角和表面润湿性对接触时间的影响，有待进一步系统地研究。

围绕液滴撞击倾斜疏水表面接触时间这一主题，华北电力大学工程热物理研究中心高淑蓉老师为第一作者，魏博健同学为第二作者，金佳鑫同学为第三作者，王晓东教授作为通讯作者，在流体力学领域权威期刊Physics of Fluids上发表题目为“Contact time of droplet impact against an inclined hydrophobic surface”的研究论文。该项工作主要研究了表面倾角、表面浸润性和撞击韦伯数对于倾斜疏水表面接触时间的影响。研究发现，表面倾角对接触时间无影响。当撞击韦伯数为We=15~45时，液滴在表面的铺展时间基本不受表面浸润性和撞击韦伯数影响；而其回缩时间受表面浸润性和撞击韦伯数的影响。基于此，建立了回缩速率与表面浸润性和韦伯数的标度关系，揭示了表面浸润性和韦伯数对液滴撞击疏水表面动力学行为的影响机理。最终建立了撞击液滴在倾斜疏水表面接触时间的标度关系。

【论文概述】

借助LBM模拟研究了液滴撞击倾斜疏水表面的动力学特性。研究发现，表面倾角对接触时间无影响。当撞击韦伯数为We=15~45时，液滴在表面的铺展时间基本不受表面浸润性和撞击韦伯数影响；而其回缩时间受表面浸润性和撞击韦伯数的影响。为了进一步定量地描述表面润湿性和韦伯数的影响，建立了回缩速率与表面浸润性和韦伯数的标度关系为Vret~(1-cosθ)-0.25和Vret~Wen0.19，从而建立了回缩时间的标度律分别为tr~(1-cosθ)-0.5和tr~Wen0.1，在此基础上，最终建立了撞击液滴在倾斜疏水表面接触时间的标度关系tc=3.1(ρR03/σ)1/2(1-cosθ)-1/2 Wen0.1。该研究提供了计算液滴与倾斜疏水表面接触时间的定量关系式，可同时有效地评价实际应用中的疏水表面的防冻、防冰和自清洁性能。

（液滴撞击倾斜的疏水表面的示意图）

（标度定律的验证：实验和模拟条件下的接触时间都满足接触时间的标度）

本研究得到了国家自然科学基金(No.52006068)、国家自然科学基金国家重点项目(No.51936004)、北京市自然科学基金(No.3212025)、383结冰与防/除冰CARDC重点实验室(No.IADL20220102)和国家自然科学基金(No.52006064)的资助。