含有气泡的液滴冲击研究

The impact of a drop has many applications from inkjet printing to the spreading of crops diseases. This fundamental phenomenon has therefore attracted a lot of interest from different fields. However, they have mostly focused on the simplest case of a drop containing only one fluid. In inkjet printing and in the deposition process of thermal barrier coatings, some bubbles can be present in the drop when it impacts on the solid surface. We therefore propose here to study the effect of this bubble on the impact dynamics. We will focus first on some splashing dynamics produced by the bubbles. We will systematically explore the effect of the bubble size, location and the fluid properties on the produced splashing. The results will provide theoretical guidance to better control the deposition of material in inkjet printing and thermal barrier coatings. We will then focus on the deformation of the impacting compound drop and the final entrapment of the air bubbles. This will include impacts on both a solid surface and a liquid pool. This could potentially provide a new way to produce empty particles, containing air bubbles. These particles could be used for faster assimilation of drugs, or designing higher porosity materials.

液滴冲击现象由于在喷墨印刷、农作物病害传播等各个领域中应用广泛，因此成为多领域的共同研究热点。目前绝大部分液滴冲击的研究仅仅关注由一种液体构成的最简单的液滴情况。然而在喷墨印刷和热障涂层的沉积过程中，液滴与固体表面的冲击会使液滴中产生气泡。本申请提出通过系统性研究气泡大小、位置以及液体特性对飞溅的影响，得到能够更好地控制喷墨印刷和热障涂层中的沉积过程的理论指导。本申请还将研究复合液滴对固体表面和液池的冲击以及最终气泡的截留情况，有望提供生产含有气泡的空颗粒的新途径，这些空颗粒将可应用于药物快速吸收以及设计更高孔隙率的材料中。

液滴冲击在喷墨印刷、燃烧、农作物病害传播等各个领域都有着广泛的应用。在这些应用中控制冲击动力学是至关重要的，如液滴的铺展、飞溅或空气截留。含有一个气泡的复合液滴可以用于提高传统液滴冲击应用的能力，例如，该方式已经被用于热障涂层技术中，即采用空心颗粒来增强沉积涂层的性能。更加先进的技术也在开发当中，如使用含有气泡的液滴冲击打印泡沫材料。在本项目中，我们研究了含有气泡的液滴冲击的基本过程。我们通过结合高速视频成像实验和轴对称数值模拟来研究冲击动力学以开发出简单的动力学物理模型。我们系统地改变冲击条件，包括气泡的大小和位置、冲击速度和流体性质，另外，液滴冲击分别在固体表面和液池上进行。本项目的首个主要贡献是理解冲击过程中产生的垂直射流，我们着重研究了它的最大速度，第二个贡献是理解含有气泡的液滴冲击固体表面时的最大铺展直径。最后，我们描述了冲击过程中液滴内的气泡动力学，包括气泡的破裂和变形。我们在本项目研究中获得的基本见解可以用于优化现有的含有气泡的复合液滴相关技术中，也可以为打印泡沫材料等未来技术提供理论指导。