Mechanisms of dynamic wetting failure in the presence of soluble surfactants

马朗戈尼效应 润湿 材料科学 肺表面活性物质 表面张力 接触角 机械 毛细管作用 牛顿流体 粘度 吸附 复合材料 热力学 化学 物理 有机化学
作者
Chen-Yu Liu,Márcio S. Carvalho,Satish Kumar
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:825: 677-703 被引量:13
标识
DOI:10.1017/jfm.2017.394
摘要

A hydrodynamic model and flow visualization experiments are used to understand the mechanisms through which soluble surfactants can influence the onset of dynamic wetting failure. In the model, a Newtonian liquid displaces air in a rectangular channel in the absence of inertia. A Navier-slip boundary condition and constant contact angle are used to describe the dynamic contact line, and surfactants are allowed to adsorb to the interface and moving channel wall (substrate). The Galerkin finite element method is used to calculate steady states and identify the critical capillary number $Ca^{crit}$ at which wetting failure occurs. It is found that surfactant solubility weakens the influence of Marangoni stresses, which tend to promote the onset of wetting failure. Adsorption of surfactants to the substrate can delay the onset of wetting failure due to the emergence of Marangoni stresses that thicken the air film near the dynamic contact line. The experiments indicate that $Ca^{crit}$ increases with surfactant concentration. For the more viscous solutions used, this behaviour can largely be explained by accounting for changes to the mean surface tension and static contact angle produced by surfactants. For the lowest-viscosity solution used, comparison between the model predictions and experimental observations suggests that other surfactant-induced phenomena such as Marangoni stresses may play a more important role.
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