Análisis numérico de los patrones de influencia de la inclinación y la curtosis aleatorias de la superficie áspera en...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie e ingeniería
• Dinámica de fluidos
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La dinámica de las gotas de líquido en las superficies es crítica para aplicaciones anticongelantes, anticorrosivas y de autolimpieza.
• Las superficies hidrofóbicas micro/nanoestructuradas son esenciales para controlar el comportamiento de las gotas.
• Las limitaciones experimentales actuales dificultan la comprensión de los efectos de la rugosidad estadística en el rebote de gotas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un modelo de superficie áspera controlable utilizando parámetros estadísticos (deformación, curtosis).
• Investigar la influencia de la rugosidad de la superficie en la propagación, la retracción y el desprendimiento de las gotas.
• Proporcionar información cuantitativa sobre el mecanismo de disipación de energía durante el impacto de gotas.

Principales métodos:

• Utilizó la Transformación de Fourier Rápida (FFT) y la transformación de distribución de Pearson para crear un modelo de superficie áspera.
• Implementó el modelo de rugosidad como una condición límite en un marco de dinámica de fluidos computacional de dos fases gas-líquido (CFD).
• Se utiliza una expresión analítica equivalente en CFD-Post para cuantificar la fracción de volumen de contacto durante la dispersión de gotas.

Principales resultados:

• La rugosidad de la superficie redujo el tiempo de contacto de las gotas hasta en un 16,15% en comparación con las superficies lisas.
• Se observó una correlación inversa entre la fracción de volumen de contacto y el tiempo de contacto para la mayoría de las combinaciones de parámetros, lo que sugiere el dominio del efecto de fijación.
• Los parámetros de rugosidad extrema suprimieron el rebote y la propagación, mientras que los rangos específicos de curtosis (3-3.5) y sesgo (±0.2) mejoraron el rebote.

Conclusiones:

• Los parámetros estadísticos de rugosidad de la superficie influyen significativamente en las interacciones de las gotas con la superficie y en la dinámica de rebote.
• El efecto de fijación de asperidades agudas es un factor primario en la disipación de energía.
• Los hallazgos ofrecen una base teórica para optimizar el diseño de superficies hidrofóbicas y el postprocesamiento para mejorar el rendimiento.