近年来，荷叶等超疏水表面因其促进液滴快速弹离的特性吸引了大量关注，液滴撞击超疏水表面的接触时间在宏观和微观尺度上都获得了广泛研究。然而在实际应用中超疏水表面难以制作和保存，会随着表面的磨损丧失超疏水性，变成疏水表面。但是液滴撞击疏水表面接触时间的研究是匮乏的，液滴撞击疏水表面接触时间的标度关系有待揭示。

围绕液滴撞击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 a droplet impacting hydrophobic surfaces”的研究论文。本工作在模拟研究和理论建模的基础上，目标是建立接触时间与表面润湿性之间的关系。将表面润湿性引入到接触时间标度律中，提出了一种修正的接触时间标度律tc~(R0/V0)We1/2(1-cosθ)-1/2，其中V0表示初始冲击速度。该标度关系是针对撞击疏水表面θ=106˚~145˚, We=15-35建立的。结果表明，在中等韦伯数条件下，该比例关系可以很好地用于计算液滴撞击疏水表面的接触时间。

【论文概述】

通过格子玻尔兹曼方法模拟探索了液滴撞击疏水表面。研究了不同表面润湿性(θ=106°–145°)在不同韦伯数(We=15–35)和雷诺数(Re=235–359)下撞击液滴的扩散和回缩过程的动力学。研究表明扩散时间，即液滴刚接触表面到达到最大扩散直径的时间间隔，是一个与上述因素无关的固定值。回缩时间，即从液滴达到最大扩散直径到反弹表面的时间间隔，与表面润湿性密切相关。因此，接触时间，即展开时间和回缩时间之和，主要与回缩过程相关并取决于表面润湿性。时间通常归一化为无量纲时间，τ=t/(ρR03/σ)1/2，其中R0是初始液滴半径，σ是表面张力。这项工作的重点是建立接触时间与表面润湿性的关系。基于模拟研究和理论建模，将表面润湿性纳入接触时间的比例定律，以及修正的比例定律，tc~(R0/V0)We1/2(1-cosθ)-1/2，其中V0表示初始撞击速度。该标度关系是针对撞击疏水表面θ=106˚~145˚, We=15-35建立的。结果表明，在中等韦伯数条件下，该比例关系可以很好地用于计算液滴撞击疏水表面的接触时间。

图1 不同We和θ下，铺展因子与接触时间的关系

图2 液滴撞击疏水表面的模型

图3 回缩速率与表面润湿性之间的关系

图4 无量纲接触时间与表面润湿性之间的关系

本研究得到国家自然科学基金（No. 52006068）、国家自然科学基金重点项目（51936004）、国家自然科学基金（No. 52006064）、北京市自然科学基金（No. 3212025）和 中央高校基本科研业务费专项资金专项资金（No. 2020MS063）的支持。