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A Machine Learning Approach for Predicting the Maximum Spreading Factor of Droplets upon Impact on Surfaces with Various Wettabilities

梯度升压 机器学习 人工智能 计算机科学 决策树 无量纲量 Boosting(机器学习) 随机森林 机械 物理
作者
Moussa Tembely,Damien Vadillo,Ali Dolatabadi,Arthur Soucémarianadin
出处
期刊:Processes [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:10 (6): 1141-1141 被引量:20
标识
DOI:10.3390/pr10061141
摘要

Drop impact on a dry substrate is ubiquitous in nature and industrial processes, including aircraft de-icing, ink-jet printing, microfluidics, and additive manufacturing. While the maximum spreading factor is crucial for controlling the efficiency of the majority of these processes, there is currently no comprehensive approach for predicting its value. In contrast to the traditional approach based on scaling laws and/or analytical models, this paper proposes a data-driven approach for estimating the maximum spreading factor using supervised machine learning (ML) algorithms such as linear regression, decision tree, random forest, and gradient boosting. For this purpose, a dataset of hundreds of experimental results from the literature and our own—spanning the last thirty years—is collected and analyzed. The dataset was divided into training and testing sets, each representing 70% and 30% of the input data, respectively. Subsequently, machine learning techniques were applied to relate the maximum spreading factor to relevant features such as flow controlling dimensionless numbers and substrate wettability. In the current study, the gradient boosting regression model, capable of handling structured high-dimensional data, is found to be the best-performing model, with an R2-score of more than 95%. Finally, the ML predictions agree well with the experimental data and are valid across a wide range of impact conditions. This work could pave the way for the development of a universal model for controlling droplet impact, enabling the optimization of a wide variety of industrial applications.

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