Droplet impact dynamics on single-pillar superhydrophobic surfaces

物理 分手 支柱 接触角 缩放比例 机械 韦伯数 纳米技术 材料科学 复合材料 几何学 结构工程 数学 工程类 雷诺数 湍流
作者
Siyu Ding,Zhifeng Hu,Liyu Dai,Xuan Zhang,Xiaomin Wu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:33 (10) 被引量:34
标识
DOI:10.1063/5.0066366
摘要

While ridged, spherical, or cone superhydrophobic surfaces have been extensively utilized to explore the droplet impact dynamics and the possibility of reducing contact time, superhydrophobic surfaces with a single small pillar have received less attention. Here, we report the rebound and splashing phenomena of impact droplets on various single-pillar superhydrophobic surfaces with the pillars having smaller or equal sizes compared to the droplets. Our results indicate that the single-pillar superhydrophobic surfaces inhibit the droplet splashing compared to the flat ones, and the rebound droplets on the former sequentially exhibit three morphologies of top, bottom, and breakup rebounds with the increasing of Weber number, while those on the latter only show the (bottom) rebound. The pillar significantly enlarges the droplet spreading factor but hardly changes the droplet width. Both the relations between the maximum spreading and width factors and the Weber number on all surfaces approximately follow a classical 1/4-power law. Reduction in the contact time is observed for the rebound droplets on the single-pillar superhydrophobic surfaces, dependent on the rebound morphology. Specially, the breakup rebound nearly shortens the contact time by more than 50% with a larger pillar-to-droplet diameter ratio yielding a greater reduction. We provide scaling analyses to demonstrate that this remarkable reduction is ascribed to the decrease in the volume of each sub-droplet after breakup. Our experimental investigation and theoretical analysis provide insight into the droplet impact dynamics on single-pillar superhydrophobic surfaces.
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