Simulation of coalescence dynamics of droplets on surfaces with different wettabilities

聚结(物理) 韦伯数 润湿 机械 物理 表面张力 碰撞 接触角 经典力学 气泡 振荡(细胞信号) 半径 热力学 雷诺数 化学 湍流 天体生物学 生物化学 计算机科学 计算机安全
作者
Lei Xing,Jinyu Li,Minghu Jiang,D. Lixin Zhao
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:34 (7) 被引量:11
标识
DOI:10.1063/5.0099434
摘要

The head-on-collision coalescence dynamics for droplets on surfaces with different wettabilities was numerically investigated by using the method of coupled level set and volume of fluid, and a high-speed video experiment was used to validate the simulation results. The simulated coalescence behavior of droplets is consistent with the experiment results. We compared droplets with different Weber numbers (3.67 ≤ We ≤ 50) coalescing on solid surfaces of different wettabilities and contact angles (80° ≤ α ≤ 160°). The result is a regional division diagram that relates Weber number and contact angle based on different coalescence phenomena. The factors causing droplet deposition, air entrapment, bounce, and partial bounce during collision coalescence are described based on an analysis of interactions involving inertial forces, surface tension, and wall adhesion forces. Furthermore, the effect of Weber number and contact angle on droplet coalescence behavior is elaborated by analyzing the relationship between coalescence time and wettability radius under different Weber numbers and contact angles. Finally, through an energy analysis, we explain the maximum spreading radius and oscillation of droplets with different Weber numbers on solid surfaces with different wettabilities and in the process of head-on-collision coalescence.
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