Stort sprøjt:Forskere præsenterer en ny model til at forudsige dråbesprøjtadfærd på faste overflader

Studiet af væskedråber og deres adfærd ved stød er af stor betydning på mange områder, herunder landbrug, teknik og medicin. Forudsigelse af dråbeadfærd har brug i spraymaling og pesticidspray, inkjetteknologi til udskrivning og aerosolgenerering under nedbør. En dybere forståelse af dette fænomen er derfor afgørende ikke kun for at fremme vores viden om væskefysik, men også teknologi.

I denne henseende er et særligt spændende fænomen sprøjten af ​​dråber, når de rammer faste overflader. Adskillige undersøgelser af væskefilms adfærd har været med til at kaste lys over dråbesprøjt. Der er dog ikke opstået enighed om, hvornår en dråbe kan forventes at sprøjte. Desuden er befugtningsadfærd eller den lethed, hvormed en væske klæber til glatte og ru faste overflader, lige så vigtig at forstå.

På baggrund af dette gennemførte en gruppe videnskabsmænd fra Japan og Kina for nylig en undersøgelse for at løse dette problem. Forskerholdet, ledet af lektor Yukihiro Yonemoto fra Kumamoto University, Japan i samarbejde med professor Tomoaki Kunugi fra Zhejiang University, Kina, har foreslået en ny model, der kan forudsige, hvornår en dråbe vil sprøjte efter at have ramt en fast overflade. Deres forskning blev offentliggjort i Scientific Reports og Colloid and Interface Science Communications .

Når en dråbe kolliderer med en fast overflade, vises en ustabil væskefilm under den stødte dråbe. For at tage højde for denne ustabilitet ændrede holdet energibalanceligningen, der forudsiger spredningskontaktområdet for glatte og ru overflader.

For at udvikle den teoretiske model til at forudsige sprøjtningstilstanden overvejede holdet trykbalancen af ​​væskefilmen. De analytiske resultater opnået ved at kombinere den modificerede energibalanceligning og trykbalanceligningen var i god overensstemmelse med det kritiske Weber-tal (en dimensionsløs mængde, der karakteriserer væskeflow på overflader) for sprøjt opnået eksperimentelt for væskedråber i vand-ethanolblanding.

Resultaterne viste, at sprøjtningstilstanden ikke alene afhang af væskens viskositet, men også af fugtigheden og ruheden af ​​den faste overflade. Ydermere var sprøjtekriteriet styret af en konkurrence mellem hydrostatiske og hydrodynamiske tryk, som var de drivende kræfter, og kapillartryk og viskøs spænding, som var de modsatte kræfter. Der opstod sprøjt, da drivkræfterne vandt frem.

Ud over at forudsige sprøjtningsforholdene forudsagde sprøjtemodellen også størrelsen af ​​de spredte sekundære dråber og antallet af fingerlignende væskestrukturer, der dukkede op, når væskefilmen destabiliserede. Modellen indikerede, at tykkelsen af ​​væskefilmen, som opstod efter dråbesammenstød, var relateret til størrelsen af ​​de sekundære dråber. Yderligere var størrelsen af ​​disse sekundære dråber og antallet af fingre gensidigt relaterede. De blev også påvirket af fugtigheden/overfladeruheden af ​​den faste overflade ud over væskeegenskaberne.

"Vores resultater kan bane vejen for en bedre forståelse af den grundlæggende fysik af fælg- eller væskefilmfragmentering samt finde anvendelser inden for vigtige tekniske områder relateret til trykning, belægning og sprøjtning," siger Dr. Yonemoto. + Udforsk yderligere

At lave et plask er alt i vinklen