چکیده: برخورد ذرات جامد با سطح مشترک گاز – مایع کاربرد وسیعی در صنعت دارد و اخیراً مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. یکی از کاربر‌های مهم این فیزیک، جداسازی ذرات ارزشمند از ناخالصی‌ها در صنایع معدنی است. فیلم‌فلوتاسیون یک روش برای جداسازی ذرات معدنی آب‌گریز از ذرات آب‌دوست است. در پژوهش حاضر، به منظور شبیه‌سازی این روش، برخورد ذرات آب‌گریز کروی با سطح مشترک هوا – مایع، مورد مطالعه قرار گرفت. هدف پژوهش حاضر، بدست آوردن سرعت بحرانی برخورد است که ذره آب‌گریز روی سطح مایع شناور می‌ماند طوریکه در سرعت‌های بالاتر از سرعت بحرانی، به طور کامل در مایع نفوذ می‌کند. برای پیش‌بینی سرعت بحرانی، یک مدل ریاضی بر اساس موازنه انرژی ارائه شده است. ذرات از جنس تفلون در قطر‌های 3 تا 5 میلی‌متر مورد استفاده قرار گرفتند. از آب مقطر و محلول پلیمری باگر به عنوان سیال آزمایش استفاده شد. با استفاده از یک دوربین پرسرعت 4500 فرم در ثانیه، سقوط ذرات در مایع عکس‌برداری شده است. نتایج حاصل از آزمایش‌ها دو رژیم شناوری و نفوذ را نشان می‌دهد. سرعت‌های بحرانی برای همه اندازه‌های ذره محاسبه گردید و پس از پردازش تصاویر متوالی، چگونگی حرکت ذره درون سیال به‌دست آمد. برای اولین بار ماکزیمم عمق نفوذ، عمق برگشتی، ارتفاع برگشتی و عمق شکست برای هر ذره تعیین شد و از مقایسه آن‌ها مشخص شد که در سرعت‌های بحرانی و نزدیک آن نفوذ ذره با نوساناتی همراه است و هرچه سرعت از مقدار بحرانی بیشتر شود تعداد نوسانات کاهش یافته تا اینکه در سرعت‌های بالاتر، ذره بدون هیچ نوسانی از سطح مایع جدا می‌شود. وابستگی ماکزیمم عمق نفوذ به ارتفاع سقوط مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش ارتفاع سقوط، ماکزیمم عمق نفوذ نیز افزایش می‌یابد. همچنین به بررسی تاثیر اندازه ذرات بر سرعت بحراتی پرداخته شد و مشاهده شد که با افزایش اندازه ذرات، سرعت بحرانی کاهش می‌یابد. علاوه براین، تغییرات سرعت ذره و سرعت خط تماس سه فازی طی نفوذ در سیال در شرایط بحرانی رسم شد و با اندازه‌گیری شتاب حرکت ذره، تغییرات نیروی وارد بر ذره در حین نفوذ تحلیل شد. مدل ریاضی توسعه داده شده با مشاهدات آزمایش مقایسه شد و مشخص شد که در محدوده مدلسازی با مقادیر داده‌های بدست آمده هم‌خوانی خوبی دارد.