近日，流体力学领域知名期刊《Physics of Fluids》发表了题为“Singular jets during the impingement of compound drops upon lyophilic surfaces”的研究成果。我院2021级硕士研究生赵岩为论文第一作者，郭建威副教授为通讯作者。
图1 论文和作者信息
射流作为一种常见现象，在自然界、日常生活和实际应用中具有广泛应用，如海洋喷雾、气泡饮料、喷墨打印、无针注射以及增材制造等。多数情况下，奇异射流会在尖端发生断裂形成次级液滴。虽然次级液滴的尺寸只有纳米级到微米级，但由于数量庞大而且速度很快（可以达到每秒几百米），其在很多领域中发挥重要作用。例如，海面气泡的破裂会喷出许多微液滴形成海雾。这些微液滴将热量和盐、细菌等物质输送到空气中，从而影响全球气候。鉴于奇异射流在许多领域中的重要性，对其潜在机理进行深入研究具有重要意义。
通常情况下，液滴撞击目标表面时会触发毛细波。随后，波沿着液滴表面的传播和振荡形成一个轴对称的圆柱形气穴。随着毛细波的汇聚或气穴的塌陷，奇异射流形成。在已报道的文献中，液滴撞击表面后形成气穴的条件是液体粘度较低（小于10 mPa s）且基底为疏液（表观接触角大于
）。否则，由于液体粘度或基底的高表面能而耗散大量能量将阻碍液滴的回缩。
鉴于此，作者对水滴、硅油液滴以及油包水复合液滴在亲液表面上的撞击动力学进行了系统的对比实验研究。研究发现：奇异射流只发生在复合液滴的撞击中，并且射流发生的阈值取决于硅油的粘度和组成复合液滴的两种液体的体积比。此外，只有当奇异射流相当快且足够细时，才会破裂并喷射出次级液滴。文章还得出了次级液滴半径与射流半径的线性关系，以及射流速度与射流半径、射流颈部半径与时间、最大射流高度与射流时间之间的幂律关系。
图2 射流的发展过程图(a)；射流高度(b)和射流半径(c)的时间演化图；以及不同粘度和不同体积比的复合液滴的射流颈缩半径的时间演化图(d)
该研究受到了国家自然科学基金(Nos.:12102371)、四川省自然科学基础研究项目(No.: 2022NSFSC1932)和中央高校基本科研业务费专项基金(No.: 2022NSFSC1932)的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1063/5.0192140
