Directional Droplet Coalescence-Induced Jumping Regulated by Laplace Pressure

跳跃的 拉普拉斯压力 聚结(物理) 拉普拉斯变换 机械 化学 热力学 材料科学 物理 数学 数学分析 表面张力 地质学 古生物学 天体生物学
作者
Zhongtang Zhang,Jin Wang,Yongqing He,Feng Jiao
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c00279
摘要

Coalescence-induced droplet jumping, a spontaneous droplet transport phenomenon, holds significant potential in anti-icing, anti-fogging, self-cleaning, and enhancing condensation heat transfer. However, droplet jumping has a low energy efficiency and an uncontrolled jumping orientation, severely restricting its practical use. We demonstrate experimentally that a pillar superhydrophobic surface may achieve dimensionless jumping velocity vj* = 0.72 and outstanding energy efficiency η = 56%. Compared to a flat superhydrophobic surface, the energy efficiency is raised by about 860%. The improvement in jumping efficiency is due to the pillar limitations and regularization of the internal droplet flow by restricting droplet deformation. For the first time, we have accomplished controlled droplet directional jumping within the 45-130° range by adjusting the magnitude and direction of the Laplace pressure. In addition, we thoroughly investigate how directional droplet jumping is affected by pillar geometric dimensions, droplet radius, and droplet size mismatch. This work introduces a new avenue for increasing the jumping velocity while managing the direction, resulting in better droplet jumping performance in applications.
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