COMSOL关于“液滴撞击”的有趣探究
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引言
本人之前写过一篇文章《COMSOL关于“液滴”之新颖研究，有何可探究之？》[1]，跟大家分享了一些关于“液滴”的新颖研究方向，也为大指明了一些目前鲜有人涉猎的复合型研究方向。本文针对“液滴撞击”这一细分专题，继续跟大家分享一些用COMSOL就能实现的有趣研究。
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“液滴撞击”的有趣研究
（一）液滴倾斜撞击
目前绝大多数的关于“液滴撞击”的研究都集中在探讨液滴竖直撞击的情况，所以只要换个思路，研究液滴的倾斜撞击，也许就能发现一些新奇的研究方向。如下图所示，这是用COMSOL制作的液滴倾斜撞击融合的模型[2]。
（动图）白色部分为液滴，黑色部分为空气域
利用COMSOL能较为方便的实现液滴倾斜撞击的工况，如果将这种“倾斜撞击”与“动壁面”“粗糙壁面”“异性润湿壁面”相结合，也许就能诞生一些值得被研究的领域。
（二）液滴撞击过程中的自旋
目前大多数学者主要研究的是液滴在撞击过程中发生的“铺展”“反弹”“破碎”等情况，也有一少部分学者已经开始将目光放在了液滴在撞击过程中发生的“自旋”这一特殊现象。如下图所示，液滴在撞击特殊功能性壁面的过程中发生了明显的自旋[3]。
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（动图）液滴撞击功能性壁面过程中的自旋
相比于与普通的“铺展”“反弹”“破碎”，这种“自旋”行为也许在“表面自清洁”“液滴撞击发电”等领域能发挥更大的优势。
（三）液滴撞击液面（沃辛顿射流）
关于液滴撞击固体壁面的仿真模型已经非常多了，但是像液滴撞击“可动的细沙”“油面”“液面”这类的研究还相对比较少。其中液滴撞击同属性的“液面”这类的仿真在COMSOL中是比较方便实现的。如下图所示，为液滴撞击液面的模型，在撞击的过程中发生了沃辛顿射流[4]。
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左图液滴初速度1.5米每秒撞击液面
右图液滴初速度2米每秒撞击液面
“沃辛顿射流”是物体撞击液面过程中发生的一种特殊现象，与“液滴倾斜撞击”相结合，探讨不同入射角度对“沃辛顿射流”产生的影响，也许就能成为一个不错的研究方向。
（四）与温度场耦合，探讨液滴撞击过程中的温度变化
如下图所示，展示了液滴在撞击过程中温度的变化[5]。当耦合上温度场之后，就能进行更多方面有趣的研究了，例如可以研究低温液滴对高温物体的冷却、因温度梯度引起的马兰戈尼效应，当考虑相变的时候还可以研究液滴撞击过冷壁面的结冰行为[6]。当然这些方向涉及到多物理场的耦合，需要一定的经验知识储备。
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左图展示了液滴下落的撞击过程
右图展示了撞击过程中温度的变化
（五）液滴撞击柔性壁面
液滴撞击刚性壁面已经被研究的比较透彻了，但是关于研究液滴撞击柔性壁面的相关报道相对还比较少。如下图所示，在考虑了流固耦合的基础上，利用COMSOL制作了液滴撞击柔性可变形壁面的模型。当考虑固体的变形时，竖直撞击的液滴就不一定会发生竖直方向的反弹了，如何控制液滴在撞击柔性壁面过程中的反弹也是一门值得思考的学问。而且也可以将柔性的壁面考虑成是压电片，也能进行“液滴撞击发电”等相关领域的研究。
液滴撞击柔性鸭舌板
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结语
关于“液滴撞击”这一方向的研究已有大量学者进行了深入探讨，似乎已相当成熟。但是扎根已经研究透彻了的方向，推陈出新，总能拓展出一些新奇的方向。希望本文能给大家带来一定的启发。
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参考文献
[1]https://www.bilibili.com/read/cv27662697/
[2]https://www.bilibili.com/video/BV1nu4m137MD/
[3]https://www.bilibili.com/video/BV1dy421B7mT/
[4]https://www.bilibili.com/video/BV1ae41117cd/
[5]https://www.bilibili.com/video/BV1jL411N7Dz/
[6]https://www.bilibili.com/read/cv22042621/
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