Contact time of droplet impact against an inclined hydrophobic surface

润湿 接触角 表面张力 格子Boltzmann方法 缩放比例 物理 半径 曲面(拓扑) 机械 润湿转变 韦伯数 热力学 几何学 数学 计算机安全 计算机科学 雷诺数 湍流
作者
Shu‐Rong Gao,Bo-Jian Wei,Jiaxin Jin,Yifeng Wang,Shao-Fei Zheng,Yan‐Ru Yang,Xiao‐Dong Wang
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (5) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0147480
摘要

This work presents a study of a droplet impacting an inclined hydrophobic surface using lattice Boltzmann method (LBM) simulation. The influence of surface inclination, surface wettability, and the Weber number on the dynamic of spreading and receding is elucidated. Intriguingly, the contact time is independent of the surface inclination. The surface wettability and Weber number do not affect the spreading time, while they significantly influence the receding dynamic. To further quantitatively describe the influence of surface wettability and Weber number, scaling laws of the receding rate are established as Vret ∼ (1 − cos θ)−0.25 and Vret ∼ Wen0.19, and, thus, scaling laws of the receding time are established as tr ∼ (1 − cos θ)−0.5 and tr ∼ Wen0.1, respectively, where Wen is the normal Weber numbers and θ is the contact angle. Based on this, a relationship of the contact time for a droplet impacting an inclined hydrophobic surface is ultimately established as tc = 3.1(ρR03/σ)1/2 (1 − cos θ)−1/2Wen0.1, where ρ, R0, and σ denote the droplet density, radius, and surface tension, respectively. This study provides a quantitative relationship to calculate the contact time of a droplet impacting an inclined hydrophobic surface, which can simultaneously efficiently evaluate the anti-freezing, anti-icing, and self-cleaning performance of hydrophobic surfaces employed in practical applications.
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