Numerical investigation of droplet condensation and self-propelled jumping on superhydrophobic microcolumned surfaces

跳跃的 聚结(物理) 格子Boltzmann方法 润湿 机械 动能 冷凝 物理 跳跃 材料科学 热力学 经典力学 生理学 量子力学 天体生物学 生物
作者
Biao Huang,Xiwen Zhang,Xiangru Li,Haixiang Zhang,Feng He,Pengfei Hao,Zhaohui Yao
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:35 (5) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0149152
摘要

This paper investigates the processes of droplet condensation and self-propelled jumping on microcolumn-structured superhydrophobic surfaces with various size parameters. Using a three-dimensional (3D) multiphase lattice Boltzmann method, a novel phenomenon of secondary coalescence jumping is identified, and the underlying mechanisms are analyzed in detail. The simulation results show that wettability has a significant influence on droplet jumping. As the hydrophobicity of the surface increases, the droplets tend to jump from the substrate. However, structure parameters, such as the microcolumn spacing and height, have non-monotonic effects on droplet jumping. The structure parameters determine whether droplet coalescence occurs under the bottom–bottom droplet coalescence mode or the bottom–top droplet coalescence mode. Bottom–bottom droplet coalescence is shown to promote droplet jumping. Based on the simulation results and kinetic analysis, the optimal spacing-to-width and height-to-width ratios of the microcolumns for droplet jumping are found to be approximately 0.6 and 1.0, respectively. We believe the results of this work will provide valuable guidance in the design of self-cleaning surfaces and enhancing heat transfer efficiency.
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