液滴润湿固体表面的移动接触线:从吸附到滑动

作     者：丁怡 王意乐 孙莉杰 靳亚康 陈龙泉 Ding Yi;Wang Yile;Sun Lijie;Jin Yakang;Chen Longquan

作者机构：电子科技大学物理学院成都611731 成都大学电子信息与电气工程学院成都610106 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年第56卷第8期

页      面：2203-2211页

核心收录：

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(12202096,11772271,12272085) 中国博士后科学基金(2022M720661) 中央高校基本科研业务费资助项目 

主　　题：润湿 移动接触线 吸附模式 滑动模式 分子动力学模拟 

摘      要：液滴润湿固体表面是自然界和日常生产、生活中常见的流体力学现象.针对液滴润湿固体表面过程中移动接触线的运动模式,有必要开展深入的物理力学研究.采用分子动力学模拟方法,研究了3种不同润湿性固体表面上水滴浸润的动力学过程,展示了全时域液滴铺展动力学行为及其相应的移动接触线标度律,并划定了液滴润湿过程的4个阶段.第1阶段中(t/τ_(i)≤0.05,其中τi为惯性-毛细特征时间),液滴与固体表面实现点接触,接触角为180°.第2阶段中(0.05﹤τ_(i)≤1),液滴动态接触角快速减小,接触半径随时间以1/2幂律关系快速增长,且不受表面润湿性的影响.第3阶段中(1﹤τ_(i)≤3),液滴动态接触角继续减小,接触半径持续增长,表面亲水性越强浸润速率越快;最后进入长期弛豫阶段(t/τ_(i) 3),疏水表面上的液滴铺展基本结束,接触半径和接触角均趋于定值,而亲水表面上液滴动态接触角的减小明显减缓,接触半径呈指数增长.进一步标定了固-液-气三相接触线的尺寸,通过深入分析位于固-液-气三相接触线处水分子在相空间中的运动轨迹,发现了两类接触线运动模式:吸附和滑动.具体而言,在液滴润湿固体表面的第1和第2阶段中,接触线以吸附模式产生和增长;第3阶段中吸附和滑动模式并重.第4阶段中接触线则以滑动为主.文章揭示了液滴润湿固体表面的分子级运动细节,有助于进一步深入理解固-液界面微尺度流动.