液滴撞击形貌表面在机械、化工、农业、生物医学和航空等众多领域具有广泛的应用。形貌表面上微尺度结构对液滴撞击时的铺展面积与接触时间均有明显影响,研究不同微结构形貌表面上液滴撞击动态特性在实际应用中具有重要价值。本文在硅基光滑表面上制作了不同柱间距的微柱阵列表面,并测试比较了光滑表面与微柱阵列表面上液滴撞击的动态行为特征。同时,借助COMSOL Multiphysics软件对液滴撞击微柱阵列表面开展了二维数值模拟研究,系统研究了微柱阵列表面上微柱间距、微柱侧壁倾角、微柱宽度、微柱高度对液滴撞击铺展因子、接触时间以及钉扎极值的影响规律。主要工作和结论如下:(1)使用溶剂蚀刻法在硅基光滑表面上定向刻蚀加工了微柱间距分别约为500和200 nm的微圆柱阵列表面,两表面上微柱直径均约为1μm,微柱高度均约为12μm。在两种不同微柱间距的微柱阵列表面上使用FAS涂层后,上述表面均呈现出超疏水状态。(2)借助高速相机记录了韦伯数(We)在1.4~173.1范围内液滴撞击各表面的动态演化行为。整个实验过程中光滑硅表面上液滴表现为粘附与部分回弹,而微柱阵列表面上液滴则能够完全回弹或者发生破碎。此外,液滴在撞击微柱阵列表面的完全回弹过程中伴随有顶部断裂现象。实验结果显示,在具有更大微柱间距的微柱阵列表面上液滴撞击时的飞溅以及破碎现象都更弱。通过分析两种微柱阵列表面上液滴撞击接触时间发现,微柱阵列表面上的液滴钉扎效应能有效降低接触时间。(3)开展了液滴撞击不同微柱间距(20~60μm)微柱阵列表面数值模拟研究。模拟中采用了水平集法多相流计算模型,引入了Kistle-Blake混合动态接触角计算模型,并对模拟计算结果可靠性进行了验证。计算结果中分析了不同表面上的液滴撞击铺展因子、接触时间以及钉扎极值,在回缩阶段液滴铺展因子随着微柱间距的增加而减小;液滴接触时间随着微柱间距的增大而减少;液滴钉扎极值与微柱间距以及液滴We大小呈正相关性。最后计算结果表明,液滴撞击微柱阵列表面引起的钉扎效应在产生向上惯性驱动效果的同时也将增加液滴粘性耗散,对液滴撞击接触时间的影响具有正反两方面的作用。(4)系统开展了不同微柱侧壁倾角(70~110°)、微柱宽度(30~50μm)和微柱高度(20~40μm)下微柱阵列表面上液滴撞击数值模拟研究。模拟结果显示,在相同微柱间距与表面润湿性下适当增大微柱宽度或减小微柱高度均能有效促进液滴铺展,但是当微柱宽度过大时将使液滴粘性耗散的增加从而使液滴撞击铺展因子相对减小。液滴接触时间随着微柱侧壁倾角的增大而减小,此外随着微柱高度增加微柱间隙中空气涡流对液滴的托举作用增强,进而导致液滴接触时间随着微柱阵列表面上微柱高度的增加而减小。