1.2數據處理

實驗數據處理方法如圖2所示。首先，使用圓形薄片進行標定，以確定高速攝像機鏡頭的放大比例，圓形薄片的水平直徑和垂直直徑分別為Lh和Lv，如圖2(a)所示。其次，根據乙醇液滴即將接觸過冷水平壁麵的最後3幀計算衝擊速度，如圖2(b)所示，衝擊速度的計算公式為

式中:X3f為乙醇液滴最後3幀移動的距離;t2f為移動時間。(a)圓形薄片兩方向長度測量(b)液滴衝擊速度測量(c)液滴初始直徑測量(d)最大鋪展因子測量圖2實驗數據處理方法

最後，使用PFV軟件針對液滴的初始直徑及鋪展過程中的參數進行測量，如圖2(c)、2(d)所示，分別從水平與垂直兩個角度進行測量，並根據圓形薄片的水平和垂直角度放大比例，計算得到各物理量的真實值，計算公式為

式中:Xv為垂直測量值;Xh為水平測量值。

根據實驗數據測量值，乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵的雷諾數Re=ρU0D0/μ為2795，韋伯數We=ρU20D0/σ為354，奧內佐格數Oh=We/Re為0.0067。雷諾數代表慣性力與黏性力的比值，韋伯數代表慣性力和表麵張力的比值，奧內佐格數代表黏性力與表麵張力的比值。

2、結果討論

2.1乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵的現象

乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵表現出兩種不同模式。定義水平壁麵過冷度為ΔT=273.15-Ts，其中Ts為水平壁麵溫度，實驗涉及的過冷度有7個，分別為0、6、12、18、24、30和36K。如圖3所示，乙醇液滴以2.43m/s的初速度衝擊過冷度ΔT=6.0K的水平壁麵時，在衝擊後立即鋪展，同時在液滴邊緣發生飛濺。子液滴向周圍各個方向散落，經曆一段時間的鋪展後逐漸趨於穩定，這一模式被稱為模式Ⅰ飛濺-鋪展。當水平壁麵過冷度逐漸增大，如圖4所示，ΔT=30.0K時，乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵後同樣發生鋪展，同時子液滴飛濺，但隨著鋪展程度增大，液滴邊緣在最大鋪展時間時出現“手指狀突起”，這一模式Ⅱ被稱為飛濺-突起。

乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵會在兩個階段出現飛濺或手指狀突起，但兩者形成的機理有所不同:前者是由於乙醇液滴的表麵張力較小，液滴在衝擊水平壁麵的一瞬間，慣性力大於表麵張力，液滴邊緣無法保持原狀，因而造成了飛濺;後者是由於液滴衝擊過冷水平壁麵，經過一段時間換熱，液滴底部及邊緣的溫度降低，使得流體的密度增大，加劇了液滴與空氣的密度差，在邊緣前進速度的作用下，觸發了液體-氣體界麵的瑞利-泰勒不穩定性，形成了手指狀突起。總而言之，水平壁麵過冷度較低時，乙醇液滴衝擊形成模式Ⅰ飛濺-鋪展;水平壁麵過冷度較高時，衝擊現象向模式Ⅱ飛濺-突起轉變。

2.2水平壁麵過冷度對鋪展動力學行為的影響

為了探究水平壁麵過冷度對液滴衝擊的影響機製，定義無量綱鋪展因子β=D(t)/D0，其中D(t)為液滴每一時刻的直徑，Dmax為液滴能達到的最大鋪展直徑，對應的最大鋪展因子為βmax=Dmax/D0。圖5展示了不同水平壁麵過冷度下，乙醇液滴衝擊水平壁麵的鋪展因子β隨時間的變化曲線。可以看出，乙醇液滴衝擊不同過冷度水平壁麵均在1.0ms內發生破碎-飛濺，在這段時間內，鋪展速率近似為線性，在飛濺後，β突然減小，隨後鋪展因子繼續增，鋪展速率逐漸減小，最終趨於0，液滴形態不再發生變化。

根據液滴鋪展隨時間的變化，提取了不同過冷度下的βmax和tmax並繪製了圖6。如圖所示:隨著水平壁麵過冷度的增大，βmax呈現了先減小後增大的非單調變化趨勢，並在水平壁麵過冷度為18.0~30.0K時達到最小值;不同於βmax的變化趨勢，tmax呈現逐漸減小的趨勢，這是由於隨著水平壁麵過冷度的增加，換熱加劇，液滴的溫度降低，這使得密度、黏度、表麵張力增加，抑製了最大鋪展時間。根據Shang等提出的換熱模型，將乙醇液滴看作一個整體，並將液滴衝擊過冷水平壁麵的過程看作圓柱形不斷“變矮”和“變寬”的過程，可以得到乙醇液滴衝擊過冷水平壁麵的溫度降低範圍為1.8~3.7K。