Air entrapment of a neutral drop impacting onto a flat solid surface in electric fields

电场 机械 材料科学 下降(电信) 气泡 润滑 复合材料 物理 机械工程 量子力学 工程类
作者
Yü Tian,Yanchu Liu,Zihan Peng,Chenghao Xu,Dong Ye,Yin Guan,Xinping Zhou,Weiwei Deng,YongAn Huang
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:946 被引量:16
标识
DOI:10.1017/jfm.2022.439
摘要

When a charge neutral drop impacts on a flat solid substrate, a small air bubble is always trapped underneath due to the lubrication pressure coming from the viscous stress in the squeezed air film. Herein we find experimentally and numerically that the process of the air entrapment and the initial contact state of the drop with the substrate can be profoundly altered via an external electric field. In an electric field, the induced electric stresses at the bottom of the drop increase drastically right before the drop contacts the substrate, which acts against the lubrication pressure, resulting in reduced initial contact radius and air bubble size. When the external electric field reaches a critical value, the electrical stress accelerates the flow near the bottom of the drop and generates a conical tip quickly instead of a dimple, resulting in a centre contact and eliminating the air bubble entrapment. Based on the dipole mirror charge model, we find the dimensionless strength of critical electric field scales with the square root of capillary number based on the air viscosity. This scaling law of the critical electric field for eliminating the air bubble entrapment is verified experimentally and numerically. This work may offer a new way to mitigate defects caused by air bubble entrapment for inkjet printing and droplet-based additive manufacturing.
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