液滴撞击动力学是多相流动研究的核心，对能源、环境、制造、生物医学等相关领域的技术进步具有重要的理论和应用价值。在自然层面上，液滴碰撞是水循环微观动力学中的一个基本过程。例如，云层中雨滴的合并和破碎直接决定了降水模式（Zheng等人，2024年；Kathiravelu等人，2016年；Martinez等人，2023年），而露珠在植物叶片表面的动态相互作用影响了水分吸收和蒸腾之间的平衡（Delele等人，2016年；Massinon等人，2017年）。从工业角度来看，液滴碰撞机制在决定能源系统的燃烧效率（Li等人，2020年；Li等人，2024a年；Sokolov和Virk，2018年；Feng等人，2023年；Fu等人，2019年）、增强化学过程中的质量传递（Qiu等人，2023年；Yu等人，2025年；Borodulin等人，2017年）以及提高精密仪器的功能性能（Lucke等人，2022年）方面起着关键作用。在农业领域，无人机释放的农药液滴会撞击植物叶片；叶片微/纳米结构的润湿性与液滴撞击参数的匹配程度决定了农药的沉积效率（Li和Wu，2024年；Song等人，2023年；Xu等人，2025年）。在3D打印中，熔融液滴撞击并固化在基底上，更好地理解液滴-基底相互作用有助于减少后处理需求（Gilani等人，2022年；Wang等人，2017年）。在发动机中，燃料液滴撞击壁面驱动热传递和未燃烧排放物的产生；通过表面微纹理设计可以控制其二次雾化（Cen等人，2018年；Zama等人，2017年）。本研究重点关注壁面特性对液滴撞击行为的影响。
壁面特性显著调节液滴撞击动力学。壁面类型、速度和倾斜角度等参数是控制碰撞演变过程的重要因素。速度与壁面运动有关。Liu等人通过实验研究了液滴对旋转水平表面的撞击，定量描述了扩散阶段的最大扩散因子，并提出了一种简化方法来预测由表面剪切引起的切向速度（Liu等人，2024a年）。Jia等人研究了液滴在低速旋转壁面上的动力学，分析了撞击后的分裂和沉积行为，同时考虑了旋转和粘性效应。他们确定了三种碰撞后的模式——收缩、振荡平衡和连续扩散，并开发了最大润湿长度和时间的经验模型（Jia等人，2025年）。Zhu等人通过实验研究了壁面运动速度对液滴在水平移动亲水表面上不对称扩散的影响。他们分析了在不同切向和法向韦伯数（Weber number）条件下液膜形态、最大扩散因子和时间以及膜中心位移的变化（Zhu等人，2025年）。Bird等人通过实验研究了液滴在水平移动壁面上的撞击动力学，分析了不同壁面速度下的飞溅行为，并建立了飞溅发生的临界壁面速度的预测模型，充分考虑了切向速度的影响（Bird等人，2009年）。Wang等人建立了一个高速旋转实验平台，并使用基于流体的模拟模型研究了液滴在水平移动表面上的行为。他们分析了在不同运动条件下的最大扩散因子和撞击现象（Wang等人，2022年）。Ding等人研究了单个和连续液滴对流动薄膜的撞击，分析了径向移动表面上液滴的演变，并根据韦伯数和雷诺数对撞击模式进行了分类（Ding等人，2025年）。Stumpf等人研究了在不同水平壁面速度下液滴撞击过程中飞溅到边界层引起的反弹转变。这种转变受到边界层进入时空气动力诱导的液滴变形的强烈影响，从而发展出了一个飞溅-空气动力-反弹的阈值模型（Stumpf等人，2025年）。Chao等人研究了水平壁面速度对液滴撞击动力学的影响。他们发现，壁面向液滴传递的动量导致不对称扩散，且随着壁面速度的增加，变形加剧（Chao和Zhong，2022年）。Li等人研究了在不同速度下液滴对水平移动壁面的撞击动力学。撞击过程包括扩散和拉伸阶段，主要受壁面速度控制，最大横向扩散时间随着壁面速度的增加而减少（Li等人，2024b年）。
关于壁面倾斜角度的研究，Wang等人研究了静态壁面倾斜对液滴撞击的影响。他们发现，最大扩散直径受法向惯性、平行重力和惯性分量的控制，倾斜角度的增加促进了完全反弹。还开发了一个用于预测扩散系数和直径的公式（Wang等人，2023年）。Chen等人研究了连续双液滴在静止倾斜表面上的撞击，根据时间间隔将过程分为四种类型。他们发现，较大的倾斜角度会拉长合并的液滴并减小前进/后退的接触角度（Chen等人，2021年）。Guo等人研究了液滴撞击静止垂直/倾斜壁面时的喷射和气泡行为。发现壁面倾斜不影响喷射形成或气泡夹带。当顶部和底部的反弹速度相同时，会发生气泡夹带，这是由于腔体不对称坍塌（Guo等人，2020年）。Hao等人研究了液滴对光滑静止表面的倾斜撞击。增加倾斜角度或降低压力可以抑制飞溅，阈值角度取决于撞击速度。Lamella尖端速度控制飞溅的开始（Hao等人，2019年）。Ding等人研究了液滴在不同静态倾斜角度的超疏水表面上的撞击动力学，分析了包括接触时间、扩散因子、反弹能量和滑动速度在内的参数。发现增加倾斜角度会促进液滴反弹（Ding等人，2019年）。Li等人通过实验研究了熔融铝液滴对水平和倾斜静止壁面的撞击，分析了液滴停留时间和扩散直径随壁面倾斜角度的变化，并开发了一个理论模型来分析撞击过程中的能量分布（Li等人，2023年）。Khan等人提出了一种基于水平静止壁面压力波动的液滴尺寸测量方法。通过微流控模型分析了液滴-壁面相互作用，并建立了将流速与毛细数相关联的经验模型（Khan等人，2024年）。Liu等人研究了在不同韦伯数、温度和润湿性条件下液滴对静止倾斜壁面的撞击和冻结现象，揭示了低温和高撞击能量如何共同控制液滴的扩散、飞溅和冰的形成（Liu等人，2024b）。
目前的研究表明，关于壁面运动对液滴撞击行为影响的研究主要集中在水平壁面进行平移、径向或旋转运动的情况，而在类似动态条件下对倾斜壁面的研究仍然有限。此外，关于壁面倾斜的研究主要集中在静止倾斜表面上，强调不同倾斜角度下的宏观现象，如液滴扩散和飞溅。相比之下，涉及液滴和倾斜壁面同时运动的研究相对较少，特别是对于液滴与移动倾斜壁面接触过程中形成的液柱的瞬态微观行为关注较少。具体来说，尽管在单独移动或静止倾斜壁面上观察到了不对称扩散和液柱形成，但没有系统地揭示：（1）当壁面运动与倾斜耦合时，液滴变形（例如，压缩量、液柱高度）如何表现出非单调响应；（2）壁面诱导的剪切和重力分量如何协同重新分配液滴的动能，从而调节液柱形成的韦伯数阈值。为了填补这一研究空白，本研究在水平和倾斜移动壁面上进行了比较实验。首次报道了液滴变形对移动倾斜壁面运动学的非单调依赖性，并从能量分布和剪切-惯性-毛细耦合的角度阐明了其背后的物理机制。
本研究系统地阐明了液滴在移动倾斜壁面上的动态行为和调节机制，为化学工程、能源和材料等工业领域的关键技术进步提供了重要的理论支持。研究结果可以直接应用于：优化旋转干燥机和倾斜换热器等化学设备中的热和质量传递效率，从而实现节能；指导微流控芯片和药物输送系统中的精确液滴操控，以推进生物医学技术；以及建立喷雾涂层和3D打印过程中的液滴沉积预测模型，为绿色制造和材料节约做出贡献。这项工作不仅深化了对多相流界面科学的基本理解，还为节能、减排和高科技行业的创新提供了实用的科学基础。
