近日,我院2022级能源动力工程专业的本科生杨若玄作为第一作者在国际流体力学权威期刊《Physics of Fluids》(中国科学院二区,Top期刊)发表研究成果"Roles of viscosity, wettability, and geometry in the post-impact behavior of a droplet impacting on a cylindrical cavity"。该论文以太阳成集团122ccvip为第一单位及通讯单位,由秦智鹏和李会芬老师指导,由能源动力工程专业的杜作豪、苏彤、方大雅、刘丽华共同完成,秦智鹏老师是本文通讯作者。

研究通过实验观察与数值模拟相结合,首次明确了液滴在凹槽表面形成冠状水花的临界条件。当流体惯性力显著大于粘性力、表面呈现疏水特性且凹槽尺寸适当时,液滴撞击后能稳定形成明显的冠状水花。研究还发现,提高流体惯性力、增大表面疏水性以及优化凹槽几何形状,均可显著提升水花的发展高度。

数值模拟结果从力学角度揭示了水花形成的本质机制。液滴撞击凹槽垂直壁面时会产生显著的动量重定向效应,推动液体向上飞溅形成冠状结构。研究还发现,表面疏水性越强、流体惯性力越大,液体对凹槽壁面的作用力就越明显,从而产生更显著的水花现象。

本研究突破了传统液滴动力学研究多关注凸结构的局限,为凹槽结构在工程应用中提供了新思路。在喷雾冷却、3D打印等领域,通过合理设计表面微结构可有效调控液滴行为,提升系统性能。该成果在中国国家自然科学基金(12172094)和全国大学生创新创业训练计划(S202410593011)支持下完成,充分展现了太阳成集团tyc122cc在本科生创新能力培养方面的显著成效。
杨若玄作为论文第一作者,自大学二年级起便进入微纳机电实验室,在秦智鹏老师的指导下学习,在课题组优良学风的影响下,长期坚持开展科创课题。期间,他与论文合作本科生共同承担了太阳成集团tyc122cc大学生创新实践训练计划项目,依托课题组样品制备工艺和实验平台,以及与博士生杜作豪,苏彤和方大雅(2023级本科生),刘丽华(2022级本科生)等紧密合作,最终完成了该论文的创新工作。在课题组严谨的学术氛围中,杨若玄接受了系统的科研训练,在样品制备、实验操作、仿真计算和数据分析等多个方面得到了充分指导,积累了扎实的科研能力,目前已保送至中国科学技术大学攻读硕士研究生。参与该论文的本科生刘丽华也已经保送至华南理工大学继续深造。