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Droplet Impact on Surfaces with Asymmetric Microscopic Features
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01813 Susumu Yada 1 , Blandine Allais 2 , Wouter van der Wijngaart 3 , Fredrik Lundell 1 , Gustav Amberg 1, 4 , Shervin Bagheri 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01813 Susumu Yada 1 , Blandine Allais 2 , Wouter van der Wijngaart 3 , Fredrik Lundell 1 , Gustav Amberg 1, 4 , Shervin Bagheri 1
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The impact of liquid drops on a rigid surface is central in cleaning, cooling, and coating processes in both nature and industrial applications. However, it is not clear how details of pores, roughness, and texture on the solid surface influence the initial stages of the impact dynamics. Here, we experimentally study drops impacting at low velocities onto surfaces textured with asymmetric (tilted) ridges. We found that the difference between impact velocity and the capillary speed on a solid surface is a key factor of spreading asymmetry, where the capillary speed is determined by the friction at a moving three-phase contact line. The line-friction capillary number Caf = μfV0/σ (where μf,V0, and σ are the line friction, impact velocity, and surface tension, respectively) is defined as a measure of the importance of the topology of surface textures for the dynamics of droplet impact. We show that when Caf ≪ 1, the droplet impact is asymmetric; the contact line speed in the direction against the inclination of the ridges is set by line friction, whereas in the direction with inclination, the contact line is pinned at acute corners of the ridges. When Caf ≫ 1, the geometric details of nonsmooth surfaces play little role.
中文翻译：
液滴对具有不对称微观特征的表面的影响
液滴对刚性表面的影响在自然和工业应用中的清洁、冷却和涂层过程中至关重要。然而，尚不清楚固体表面上的孔隙、粗糙度和纹理的细节如何影响冲击动力学的初始阶段。在这里，我们通过实验研究了以低速撞击具有不对称（倾斜）脊的表面的液滴。我们发现固体表面上的冲击速度和毛细管速度之间的差异是扩散不对称的关键因素，其中毛细管速度由移动的三相接触线处的摩擦决定。线摩擦毛细管数Ca f = μ f V 0 /σ（其中 μ f , V 0和 σ 分别是线摩擦力、冲击速度和表面张力）被定义为衡量表面纹理拓扑对液滴冲击动力学的重要性的度量。我们表明，当Ca f ≪ 1 时，液滴撞击是不对称的；与脊倾斜方向上的接触线速度由线摩擦设定，而在倾斜方向上，接触线固定在脊的锐角处。当Ca f ≫ 1 时，非光滑表面的几何细节作用不大。
更新日期：2021-09-14
中文翻译：
液滴对具有不对称微观特征的表面的影响
液滴对刚性表面的影响在自然和工业应用中的清洁、冷却和涂层过程中至关重要。然而，尚不清楚固体表面上的孔隙、粗糙度和纹理的细节如何影响冲击动力学的初始阶段。在这里，我们通过实验研究了以低速撞击具有不对称（倾斜）脊的表面的液滴。我们发现固体表面上的冲击速度和毛细管速度之间的差异是扩散不对称的关键因素，其中毛细管速度由移动的三相接触线处的摩擦决定。线摩擦毛细管数Ca f = μ f V 0 /σ（其中 μ f , V 0和 σ 分别是线摩擦力、冲击速度和表面张力）被定义为衡量表面纹理拓扑对液滴冲击动力学的重要性的度量。我们表明，当Ca f ≪ 1 时，液滴撞击是不对称的；与脊倾斜方向上的接触线速度由线摩擦设定，而在倾斜方向上，接触线固定在脊的锐角处。当Ca f ≫ 1 时，非光滑表面的几何细节作用不大。
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