Droplet impact on a substrate is a ubiquitous phenomenon in nature and industry, such as raindrops hitting a leaf, ink-jet printing, spray cooling, and raindrop energy harvesting. In this study, we experimentally investigated the dynamics of a cantilever in contact with the ground by a droplet impact and identify key variables when the contact occurs. Observing the phenomenon and identifying possible configurations was proceeded. To characterize the modes, the bending rigidity of the cantilever should be considered. We suggested a new nondimensional number that represents both the droplet and the cantilever properties. A scaling analysis using a momentum balance was employed to develop a model for the boundary between the non-contact and contact mode. We also investigated the dynamics of a cantilever in contact with the ground. Through the rebound amplitude, we estimated the degree of energy dissipation by the contact. Correlating the contact time and the contact area, the effects of the droplet impact were confirmed when the cantilever was in contact with the ground. Additionally, we presented the effects of the impact point and surface tension on the contact. These findings may provide valuable insight into the design of a new energy harvesting system.
물방울이 구조체에 충격을 가하는 현상은 자연에서는 빗방울이 나뭇잎에 떨어지는 현상과 산업에서는 잉크젯 프린팅, 스프레이 쿨링, 그리고 빗방울 에너지 하베스팅 등 여러 분야에서 흔히 볼 수 있는 현상이다. 본 연구에서는 물방울 충격에 의해 바닥과 접촉하는 캔틸레버의 동역학을 실험적으로 조사하고 접촉이 발생할 때 주요 변수를 식별하였다. 현상을 관찰하고 가능한 형상을 구분하는 작업을 진행했고 모드를 특성화하려면 캔틸레버의 굽힘 강성을 고려해야 하는 것을 확인했다. 따라서 우리는 액적과 캔틸레버 특성을 모두 반영할 수 있는 새로운 무차원수를 제안하였고, 운동량 보존 법칙을 이용하여 비접촉 모드와 접촉 모드의 경계 모델링을 진행하였다. 또한, 바닥과 접촉하는 캔틸레버의 역학을 조사했습니다. 리바운드 진폭을 통해 접촉에 의한 에너지 소산 정도를 추정했으며 접촉시간과 접촉면적의 상관관계를 통해 캔틸레버가 바닥과 접촉했을 때 물방울 충격의 영향을 확인하였다. 추가적으로 바닥과 접촉시 충격점과 표면 장력의 영향을 확인했으며, 이 연구는 새로운 에너지 하베스팅 시스템의 설계에 대한 가치있는 통찰력을 제공할 수 있을 것이다.
