方柱间液气交界面形状研究

张万秋，谭栋文，周新平,2

(1.华中科技大学，湖北 武汉 430074； 2.浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 310027)

毛细现象在自然界较为常见，比如：水黾水面行走、植物种子漂浮、浮萍聚集；在工业界也有着比较广泛的应用，比如：喷洒反湿润喷雾防止眼镜和车窗上的水汽遮挡视线、油墨打印技术、毛细光刻技术等。在表面张力作用下液体会在固体表面变形[1-5]，固体周围液气界面形状由颗粒重力、毛细力、液体压力决定，与其表面接触角、密度、尺寸形状有关。当两个固体颗粒逐渐靠近时，它们之间存在相互作用力，每个颗粒周围的液气界面形状也在不断的改变，在能量最小时达到平衡状态。

多个固体在液面上时，液体表面因变形产生的毛细作用力会制约固体的自由运动。固体之间液气交界面形状决定了两者之间的相互作用力。Uzi等[6]基于线性叠加假设，研究了漂浮颗粒之间的横向毛细作用力。Sasai[7]基于线性公式求解了漂浮在熔融态钢液表面上的三氧化二铝渣粒之间的毛细吸引力。Danov和Kralchevsky[8]基于线性假设开展了毛细多极子理论研究工作。然而，线性化处理在不满足小坡度假设的情况下可能会导致结果的失真，最小能量法可以避免这个问题。Dushkin[9]研究了两个圆柱(圆球)之间的毛细受力情况，使用线性化方法简化杨-拉普拉斯方程，略去非线性项。Raufaste等[10]则基于最小能量法计算了倾斜圆柱的液气交界面形状，使用最小能量法在结果上等价于求解完全的杨-拉普拉斯方程，具备较好的精度。……