Inverse Leidenfrost impacting drops

毛细管作用 下降(电信) 机械 材料科学 跌落冲击 雷登弗罗斯特效应 毛细管数 韦伯数 热力学 传热 雷诺数 复合材料 物理 润湿 传热系数 核沸腾 湍流 电信 计算机科学
作者
Kindness Isukwem,Carole-Ann Charles,Ty Phou,Laurence Ramos,Christian Ligoure,Elie Hachem,Anselmo Soeiro Pereira
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:1002 被引量:4
标识
DOI:10.1017/jfm.2024.1164
摘要

We investigate the spreading of falling ambient-temperature Newtonian drops after their normal impact on a quartz plate covered with a thin layer of liquid nitrogen. As a drop expands, liquid nitrogen evaporates, generating a vapour film that maintains the drop in levitation. Consequently, the latter spreads in inverse Leidenfrost conditions. Three drop-spreading regimes are observed: (i) inertio-capillary, (ii) inertio-viscous, and (iii) inertio-viscous-capillary. In the first regime, although the drop expansion is essentially driven by a competition between inertial and capillary stresses, it is also affected by viscous effects emerging from the vapour film, which ultimately favours the development of a shear flow within the drop. Interestingly, vapour film effects become marginal in both the second and third regimes, allowing the drop to undergo biaxial extension primarily. More specifically, in the inertio-viscous scenario, the expansion is driven by the balance between inertial and biaxial extensional viscous stresses in the drop. Finally, inertia, capillarity and drop viscosity are all relevant in the third regime. These physical mechanisms are underlined through a mixed approach combining experiments with multiphase three-dimensional numerical simulations in light of spreading dynamics analyses, energy transfer and scaling laws. Our results are rationalized in a two-dimensional diagram linking the drops’ maximum expansion and spreading time with the observed spreading regimes through a single dimensionless parameter given by the square root of the capillary number (the ratio of the viscous stress to the capillary stress).
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