Natural oscillations of a sessile drop: Inviscid theory
我们提出了一个完整的解析解的自然振荡的无粘固着液滴的任意接触角的情况下，低邦德数的情况下，当表面张力占主导地位的重力水平板。控制方程表示的环形坐标系产生的解决方案，涉及超几何函数。谐振频率确定为带状，部门和tesseral振动模式。预测显示出与文献中报道的实验数据良好的一致性，与\citeauthor{bostwick}的模型（\textit{J. Fluid Mech.}，第760卷，2014，5-38）相比具有更好的一致性，特别是对于较平坦的液滴（较低的接触角）和较高的振动模式。粘性耗散的影响进行了简要讨论。
2020-10-28 physics.flu-dyn
Electric-field induced droplet vertical vibration and horizontal motion: Experiments and simulations
本研究利用介电润湿和静电感应技术，在单一装置上实现了液滴的垂直振动与水平运动，并通过实验和理论模型揭示了电压对振动及运动的影响机制。
2023-09-02 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.QM
Equilibrium shapes and floatability of static and vertically vibrated heavy liquid drops on the surface of a lighter fluid
一小滴较重的流体可以漂浮在由表面张力力支撑的较轻的流体的表面上。在平衡状态下，液滴呈径向对称形状，具有圆形三相接触线。我们从理论和实验上表明，这样一个浮动液滴具有足够小的体积有两个不同的稳定的平衡形状：一个较大的和一个较小的半径的三相接触线。接下来，我们实验研究的浮动性的粘性较低的水滴的表面上的一个更粘和密度较小的油，受到低频（Hz阶）的垂直振动。我们发现，在一定的振幅范围内，振动有助于重液滴保持漂浮。的物理机制，增加浮动性的解释由分谐波法拉第波驱动的液滴的水平伸长。三相接触线的平均长度随着液滴伸长而增加，这导致由表面张力产生的更大的平均提升力。
2021-01-26 physics.flu-dyn
Bubble oscillations and motion under vibration
振动下的气泡可以以不寻常的方式表现，例如，克服浮力向下移动。虽然由于Bjerknes力引起的气泡向下运动在接近气泡共振频率的声学频率下是公知的，但是这些实验表明，这些效应也可以在相对低的频率下观察到。实验是在一个薄的，准二维的矩形丙烯酸盒部分填充有20 cSt的PDMS硅油与覆盖的环境空气。该装置经受正弦轴向振动，该正弦轴向振动产生气-液自由表面的破裂，产生进入空气中的液体射流，从这些射流中夹断的液滴，由于这些液滴的冲击而在液体中形成气穴，以及界面下方的气泡输送。所附视频的振动条件为280 Hz频率、15 g加速度和94微米峰间位移。视频中显示的行为包括以下内容。1.自由表面破裂成射流和液滴，并在自由表面下形成气泡。2.由此产生的气泡在单元中向下移动。3.气泡被吸引到细胞深处的第一个气泡，并最终在细胞底部合并形成一个大气泡。4.气泡团在单元底部合并形成更大的气泡，该气泡稳定在自由表面以下的悬浮位置，并起到抑制表面破裂的作用。5.悬浮气泡的界面及其破碎过程与自由表面破碎成射流和液滴的过程相似，但气泡中的射流是向下的。桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）是一个多项目实验室，由洛克希德·马丁公司的全资子公司桑迪亚公司管理和运营，根据合同DE-AC 04 - 94 AL 85000为美国能源部国家核安全管理局服务。
2011-10-12 physics.flu-dyn
Dynamics of a dry-rebounding drop: observations, simulations, and modeling
对干反弹液滴的动力学进行了实验、数值和理论研究。通过我们的计算流体动力学模拟再现了实验结果，从中获得了动能、势能和表面能的时间序列。这些能量的时间序列定量地阐明了干回弹过程中的能量转换和损失。这些结果解释了使用一个假想的弹簧模型和球谐分析。弹簧模型解释了液滴的垂直变形，但不能完全解释能量损失，能量损失的时间不匹配。从液滴的球谐变形的观点出发，发现撞击后液滴的变形是两种振动运动的组合。两种振动运动中的一种是由自由落体产生的惯性运动，另一种是由撞击时液滴底部突然停止而产生的压力波动产生的压力诱导运动。模拟结果证实了冲击时压力波动的存在。压力引起的运动抵抗惯性运动，从而释放液滴的动能。
2018-07-01 physics.flu-dyn
Droplets bouncing over a vibrating fluid layer
这是第65届APS-DFD年会的流体运动画廊的一个条目（流体动力学视频）。这段视频展示了悬浮液滴的运动。悬浮是由液体容器的垂直振动产生的。我们对许多液滴的运动进行了可视化，以研究团簇的形成及其稳定性。
2012-10-12 physics.flu-dyn
Programming droplet motion using metamaterials
针对现有振动式液滴控制缺乏空间异质性与可调性的问题，本研究利用带局域共振短柱的超板，结合LEGO可重构平台与高分辨率激光测振，实验验证了超材料实现频谱和空间选择性液滴运动控制的潜力。
2024-03-12 physics.app-ph physics.flu-dyn
Remote control of moving sessile droplets
我们最近提出的证据（\cite{noblin2}），结合垂直和水平振动可以诱导一个固定的支持滴的受控运动。在这个视频中，我们概括了这一发现，并证明了远程2d控制运动是可能的。这段视频是作为2010年流体运动画廊的一部分提交的，该画廊展示了流体动力学视频。
2010-10-18 physics.flu-dyn
Intermittent dynamic bursting in vertically vibrated liquid drops
在垂直振动的毫升大小的液滴中观察到一种以前未报道的III型不溶性的制度，该液滴浸没在由疏水固体板支撑的更粘稠且密度更小的不混溶流体层中。随着振动幅度的逐渐增大，在液滴的上表面处激发出次谐波法拉第波。我们发现一个狭窄的窗口的振动幅度略高于法拉第阈值，其中下降表现出不规则的序列的大幅度突发事件交替与低幅度活动的间隔。触发的物理机制与表面法拉第波和液滴形状变形模式之间的竞争有关。
2020-07-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Optimal design of two-dimensional riser fairings for vortex-induced vibration suppression based on genetic algorithm
在深水油气开发中，涡激振动对海洋结构的破坏性日益突出。在海洋工程的实际应用中，许多类型的隔水管整流罩都能有效地抑制涡激振动。然而，关于整流罩型线的优化设计却鲜有报道。在本研究中，我们将计算流体动力学与遗传算法结合，在低雷诺数下进行形状优化。以控制点为设计变量，采用Bézier曲线对整流罩外形进行参数化，以升力系数为目标函数，得到最优整流罩。优化结果表明，水滴形整流罩在两个自由度条件下具有良好的性能，而尾鳍形整流罩在三个自由度条件下具有良好的稳定性。优化结果表明，在Ur=5.0时，水滴形整流罩的振幅抑制率可达99%，阻力系数降低近51%。对于三自由度情况，在最优整流罩两侧形成两个方向相反的对称涡，导致整流罩在流动中稳定。
2018-04-11 physics.flu-dyn
On the initiation and sustenance of flow-induced vibration of cylinders: insights from force partitioning
这项工作的重点是解剖的物理机制，驱动和维持流引起的，横向振动的气缸。不同机制的影响是量化的，通过使用一种方法来划分成不同的，物理上相关的组件上的缸的流体动力。结合这种力的划分，由振荡体从流中提取的能量的计算用于在负责力产生的现象与它们对驱动流致振荡的影响之间建立直接联系。这些工具证明了在一项研究中的圆柱形状的影响流致振动。相对较小的增加，在缸的纵横比被发现有一个显着的影响，振荡的振幅，导致在一个大的下降，在降低的速度，对应于同步制度的上限范围内的振荡振幅。通过绘制出流体和结构之间的能量传递作为纵横比的函数，我们确定了作为振幅下降的原因的低振幅静止状态的存在。对不同纵横比的圆柱体上的流体动力进行划分，然后使我们能够揭示潜在分叉外观背后的物理机制。分析还表明，虽然尾流中的旋涡脱落是引发振荡所必需的，但与圆柱体上方的边界层相关的涡度是维持流致振动的原因。
2020-11-05 physics.flu-dyn
Drops on architected elastic substrates: A repertoire of regimes at the turn of a knob
本研究利用可变形弹性基底的多模态响应，以激发频率为调节参数，实现液滴运动状态的切换与空间模式选择，克服了刚性基底无法实现空间变异性的局限。
2025-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Harmonic and subharmonic waves on the surface of a vibrated liquid drop
液滴和振动在日常生活和技术中无处不在，它们的结合往往会导致迷人的物理现象，为生物学，医学，化学和光子学的实际应用开辟了有趣的机会。在这里，我们研究，理论和实验，支持的固体板，垂直振动在一个单一的，低的声学范围内的频率煎饼形液滴的响应。当振动振幅较小时，液滴的主要响应是振动频率处的谐波。然而，随着振幅的增加，半频次谐波法拉第波被激发参数的下降表面上。我们开发了一个简单的一维液滴的流体动力学模型，以分析确定的谐波和第一超谐波分量的线性响应的下降的振幅。在非线性制度，我们的数值分析揭示了一个有趣的级联的不稳定性，导致发病的次谐波法拉第波，其调制不稳定性和混沌制度与宽带功率谱。我们发现，非线性响应是高度敏感的液滴尺寸和法拉第波长的比率。当液滴高度与粘性边界层的宽度相当时，谐波的主分叉由倍周期分叉主导。使用低粘度乙醇和高粘度芥花油滴在70 Hz下振动进行的实验结果与我们的建模预测定性一致。
2019-09-23 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
Paramagnetic Leidenfrost Drops
我们提出了一个流体动力学视频显示的行为滴液态氧，在室温下。由于它们的低沸点，这些水滴漂浮在它们自己的蒸汽垫上。这种性质使它们具有高的流动性，正如在这种莱顿弗罗斯特情况下更普遍地知道的那样。但液态氧也是顺磁性的，因此很可能使用磁铁进行操纵。它首先表明，可以通过改变滴/磁铁的距离修改的滴的形状;接近磁铁作为加强重力，使该行动的滴变得扁平。这种转变当然是可逆的：当磁铁被收回时，液体恢复其准球形。磁铁也可以用来捕捉氧滴。当它们通过磁体上方时，它们会显著减速，这是它们变形的结果：尽管摩擦力非常低，但由液滴变形引起的振动是耗散的重要来源：低于明确定义的速度，液滴甚至可以在磁阱中停止。速度较快的可以被减速，然后被一系列磁铁捕获。从顶部观察同样的事件，可以发现液体穿过陷阱时所采用的复杂形状。
2010-10-13 physics.flu-dyn
Directional motion of vibrated sessile drops : a quantitative study
基片的倾斜机械振动可以诱导固着液滴的定向运动。如前所述，\cite{Brunet07,Brunet09,Noblin09}证明，机械振动引起液滴变形，其结合了轴对称和反对称模式。在本文中，我们建立定量的趋势，从实验中进行的参数范围很大，即振幅$A$和频率$f$的强制，液体粘度$η$和基板和强制轴之间的角度$α$。这些实验是在弱钉扎衬底上进行的。对于大多数参数集，平均速度$<v>$随$A$线性增长。我们提取的流动性，定义为$s=\frac{Δ<v>}{ΔA}$。研究发现，$s$在第一轴对称模态$f_p$的共振频率附近有一个尖锐的极大值。$s$值在低于50 cSt时几乎不依赖于$η$，而$s$在$η$较高时显著降低。此外，它被发现，对于特殊的参数集，特别是与$f$足够远的$f_p$，液滴在相反的方向移动。最后，我们画出了$<v>$和一个振荡周期内液滴两侧动态接触角的平均值之间的关系。
2020-01-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drops can Perpetually Bounce over a Vibrating Wettable Solid
本文研究振动刚性固体上液滴持续弹跳问题，通过原子级光滑云母表面振动延长液滴悬停状态，建立耦合线性弹簧模型预测轨迹，扩展了弹跳液滴研究范围并为少量液体操控提供潜力。
2025-08-15 physics.flu-dyn
Vertically-Vibrated Gas-Liquid Interfaces: Surface Deformation and Breakup
在1831年的开创性工作中，法拉第证明了垂直振动的气-液界面在一定的频率或振幅下会出现从平坦状态到波浪形构型的倍周期分叉。使用薄层水进行的典型实验产生“法拉第波纹”，中等振幅的非线性驻波。Hashimoto和Sudo（1980）和Jameson（1966）后来的实验以及本研究中所做的实验表明，在一定范围的振动条件下，气液自由表面可以产生更剧烈的扰动。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅油的深层在一定范围的粘度和正弦的主要是轴向振动条件下（其可以在气-液自由表面处产生剧烈扰动）实验地检查这种破裂机制。大振幅振动产生液体射流进入气体，液滴从射流中夹断，液滴撞击液体中的气穴，以及界面下方的气泡传输，所有这些都可以在视频中看到。使用覆盖粘度范围（1-50 cSt，即，1-50乘以标称水）和相对低的表面张力（例如，0.25在振动条件范围内（100-150 Hz，小于300微米位移，产生范围从4到7倍重力加速度的加速度），含有硅油的圆筒内径为25.4mm，长约100 mm。它通常填充有PDMS液体的一半，上面是环境空气。高速视频以每秒600至1000帧的速度记录。应用包括液体燃料火箭、惯性传感装置、移动车辆、混合过程和声激励。
2010-10-14 physics.flu-dyn
Tuning the resonant frequencies of a drop by a magnetic field
本文报道了在静磁场作用下，磁性液滴在超疏水基底上垂直振动的实验研究。众所周知，一个扁平的普通液体液滴在振动时在其周边会显示出振荡的波瓣。通过在水滴中加入铁磁纳米颗粒并改变磁场的强度，我们在实验上能够有效地调节水滴的共振频率。通过使用守恒能量参数，我们表明，磁场的贡献相当于增加了一个有效的负表面张力的下降。在没有拟合参数的情况下，我们的模型与实验结果吻合得很好。
2016-04-26 physics.class-ph physics.flu-dyn
Simulation and modeling of the vaporization of a freely moving and deforming drop at low to moderate Weber numbers
本文采用几何 VOF 直接数值模拟研究低至中等 Weber 数下自由运动变形液滴的蒸发与气动破碎，揭示迎风面积对蒸发速率的影响，并结合 TAB 模型提出新的时变蒸发模型。
2023-09-30 physics.flu-dyn
Tunable transport of drops on a vibrating inclined fiber
纤维介质中液滴的传输发生在各种工程系统中，例如雾的收集或纺织品的清洁。调节或控制液体运动的能力可以提高系统效率并实现新的工程应用。在这封信中，我们实验研究如何部分润湿液滴在一个单一的纤维可以通过振动纤维操纵。我们表明，沿纤维的滑动运动或滴的滴可以触发由驻波。我们确定的条件下的液滴体积，光纤倾斜角和振幅和频率的振荡，以观察这些不同的行为。最后，我们实验说明，振动可以用来控制运输和收集的水滴沿纤维使用的组合的滑动和滴水过渡。
2015-10-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Worm-like instability of a vibrated sessile drop
研究了垂直正弦振动对沉积在固体基底上的低表面张力液滴（乙醇）的影响。在振幅和频率的精确范围内，液滴表现出具有强对称性破缺的戏剧性蠕虫状形状不稳定性，与Pucci等人（Phys. Rev. Lett.，106（2011）024503）。然而，我们的系统的几何形状要简单得多，因为它不涉及液体-液体-空气接触线的振荡和变形。我们表明，法拉第波出现在液滴的表面上控制其形状，我们绘制了系统的相图的不稳定性。一个简单的理论模型使我们能够推导出液滴的伸长和法拉第波的振幅之间的关系，与这两个量的测量结果非常一致。
2016-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow-induced vibration of twin-pipe model with varying mass and damping: A study using virtual physical framework
本文利用虚拟物理框架系统研究了变质量与阻尼下刚性耦合双管模型的流致振动特性，揭示了顺流向相互作用、扭转力矩、振幅下降及永久共振等关键机制，为双管结构设计优化提供依据。
2025-06-06 physics.flu-dyn
