Droplet dynamics under an impinging air jet

喷射(流体) 机械 雷诺数 流体静力平衡 润湿 物理 表面张力 惯性 分离压力 润滑理论 毛细管作用 静水压力 润滑 流量(数学) 材料科学 湍流 热力学 经典力学 量子力学
作者
Zih-Yin Chen,Alireza Hooshanginejad,Satish Kumar,Sungyon Lee
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:943 被引量:1
标识
DOI:10.1017/jfm.2022.450
摘要

Partially wetting droplets under an airflow can exhibit complex behaviours that arise from the coupling of surface tension, inertia of the external flow and contact-line dynamics. Recent experiments by Hooshanginejad et al. ( J. Fluid Mech. , vol. 901, 2020) revealed that a millimetric partially wetting water droplet under an impinging jet can oscillate in place, split or depin away from the jet, depending on the magnitude (i.e. $5\unicode{x2013}20\ {\rm m}\ {\rm s}^{-1}$ ) and position of the jet. To rationalise the experimental observations, we develop a two-dimensional lubrication model of the droplet that incorporates the external pressure of the impinging high-Reynolds-number jet, in addition to the capillary and hydrostatic pressures of the droplet. Distinct from the previous model by Hooshanginejad et al. ( J. Fluid Mech. , vol. 901, 2020), we simulate the motion of the contact line using precursor film and disjoining pressure, which allows us to capture a wider range of droplet behaviours, including the droplet dislodging to one side. Our simulations exhibit a comparable time-scale of droplet deformations and similar outcomes as the experimental observations. We also obtain the analytical steady-state solutions of the droplet shapes and construct the minimum criteria for splitting and depinning.

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