非平整基底上活性剂驱动的液滴铺展稳定性研究

当含有表面活性剂的液滴放置在液膜上时,受表面张力梯度的驱动,液滴会自发向外铺展。在铺展过程中,初始微小扰动会在非线性作用的影响下产生以指进现象为特征的不稳定现象,并与基底几何特征密切相关。基于润滑理论推导的液膜厚度和活性剂浓度演化方程,采用FreeFEM++语言编写数值模拟程序,应用微软MS-MPI运行库进行并行化处理,模拟了非平整基底对含活性剂液滴铺展过程中指进现象的影响,使用功率谱方法分析了不同波数对应的扰动能量增长规律,探究了Marangoni效应、毛细效应与扰动能量间的变化关系,揭露了非平整基底对不稳定性的影响机理。结果表明,非平整基底对手指形貌影响不大,但对手指下游影响明显;不同波数对应的扰动能量存在不同的演化特征,优势波数为20和7;最大扰动能量出现在初始条件设置扰动处,与平整基底相对比,凹槽基底可抑制扰动发展,总扰动能量约为平整基底的80%;波纹基底可促进扰动发展,总扰动能量约为平整基底的105%,且波纹基底在初期对特定波数的扰动有明显的促进作用。总体地,非平整基底通过改变活性剂浓度分布影响扰动能量,进而影响指进现象。

液滴在非互溶大黏度比液体表面的铺展特性

利用基于润滑理论的液滴在非互溶液体表面铺展的物理模型,探讨大黏度比情形下黏度比对液滴演化过程和平衡形状的影响,分析液滴厚度、铺展半径等特征参数的变化。结果表明:接触线附近液—液界面的变形受黏度比和表面张力比的影响;提高黏度比将导致铺展速率降低、时间常数减小,进而延长演化历程,但不影响液滴最终稳定形状;铺展半径与时间的关系满足x_(max)=1-0.2 exp(-βt);大黏度比液滴铺展后期并未出现小黏度比时的惯性振荡现象。