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动态Leidenfrost液滴与高温固体表面之间超薄蒸汽层的首次实验测量

        清华大学燃烧能源中心与荷兰屯特大学流体物理研究组合作的一项研究工作揭示了动态Leidenfrost现象中的关键时间和空间尺度。

        液滴对高温固体表面的冲击现象在许多工业过程中起到了重要作用,例如微尺度元件冷却和清洗,喷雾冷却以及污染物排放等相关过程。当液滴冲击到高温固体表面,有两种可能的情况:(1)液滴直接和固体表面接触并且很快地沸腾而被蒸发(接触沸腾);(2)液滴不直接接触固体表面,液滴和固体表面之间形成一层很薄的蒸汽层,该蒸汽层极大地减小了固体表面和液滴之间的热传输(Leidenfrost现象或者薄膜沸腾)。这两种情况下的固体表面的转变温度被定义为动态Leidenfrost温度。鉴于这两个不同的沸腾情况下,热传输效率相差极大:接触沸腾的传热效率远远高于薄膜沸腾。从物理机制上明白动态Leidenfrost现象对基础科学和工业应用有着重要意义。清华大学燃烧能源中心和屯特大学的流体物理组合作首次定量地测量了冲击液滴与高温固体表面之间厚度小于100纳米的蒸汽层以及该蒸汽层的动力学特性(见下图)。该实验结果对理解动态Leidenfrost现象的物理机制具有重要意义,相关结果发表在最近的《物理评论快报》上。