Multiple bubbles and fingers in a Hele-Shaw channel: complete set of steady solutions
本文给出了Hele-Shaw通道中有限集合体和周期性气泡阵列稳定运动的解析解。还分析了多个手指穿透到通道中并与气泡组件一起移动的特定情况。从一个辅助复平面中的多连通圆形域到气泡外部的流体区域的保角映射给出了解。在所有情况下，所需的映射都是用某些特殊的超越函数来明确表示的，这些函数被称为次级肖特基-克莱因素函数。两者合计，这里报道的解决方案代表了完整的一套解决方案，稳定的气泡和手指在水平Hele-Shaw通道时，表面张力被忽略。在这些假设下的所有以前的解决方案是这里报告的一般解决方案的特殊情况。这里描述的形式主义的其他可能的应用也进行了讨论。
2017-08-01 math-ph math.MP nlin.SI
Droplet plume emission during plasmonic bubble growth in ternary liquids
等离子体气泡在许多应用中具有很大的相关性，包括催化反应、分散在液体中的分子或颗粒的微/纳米操纵以及癌症治疗。迄今为止，研究主要集中在纯液体中的气泡成核。在这里，我们研究了等离子体气泡成核的三元液体组成的乙醇，水，和反式茴香脑油，可以显示出所谓的ouzo效应。我们发现，石油（反式茴香脑）液滴羽周围产生的等离子体气泡的增长。微滴的成核和它们在液滴羽流中的组织是由于在乙醇从周围三元液体选择性蒸发到生长的等离子体气泡中期间乙醇浓度场的对称性破缺。数值模拟表明存在一个临界Marangoni数Ma（溶质平流速率和扩散速率之间的比率），在该临界值以上，乙醇浓度场发生对称性破缺，导致液滴羽流的排放。数值计算结果与实验观察一致，即随着乙醇-水相对重量比的增加，即Ma的增加，会产生更多的羽流。我们对液滴羽流形成的研究结果揭示了多组分液体中等离子体气泡成核的丰富现象，并有助于为实现化学，制药和化妆品行业中多组分液体的增强混合铺平道路。
2021-10-19 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Steady bubbles and drops in inviscid fluids
本文通过微扰方法结合隐函数定理与分岔分析，构造了带表面张力的两相 Euler 方程的稳态非球形行波解，证明了表面张力模型比单相 Euler 方程具有更丰富的解结构。
2025-03-07 math.AP physics.flu-dyn
Bubble Growth Rate in Superheated Droplets
计算描述的动态增长的气泡在一个单一的和简单的配方R（t）。计算结果表明，气泡的生长行为随时间常数τ呈指数增长，表现出作为约化常数的函数的普适行为。其他研究人员的实验数据被用来验证的描述，并在良好的协议的结果。这项研究的主要动机是找到R（t），这是准确的，在同一时间不够复杂，在解决气泡生长的动态计算远场压力的过热液体。
2022-10-25 cond-mat.soft hep-ex physics.flu-dyn
Cascade coalescence dynamically sustains bubble retention near gas-evolving surfaces
East China University of Science and Technology（华东理工大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
该研究揭示高气通量下气泡滞留于产气表面的新机制：不同大小气泡的级联聚并产生的净向下冲量累积成可抵消高浮力的滞留力，为清洁能源技术的传质优化提供了新方向。
2026-09-04 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Gas Bubble Growth Dynamics in a Supersaturated Solution: Henry's and Sievert's Solubility Laws
本文对过饱和溶液中气泡成核后的扩散生长过程进行了理论描述。我们研究了拉普拉斯压力对气泡生长的影响。我们考虑两种不同的溶解度定律：亨利定律，这是满足的系统中没有气体分子解离发生和Sievert的法律，这是满足的系统中的气体分子完全解离成两部分的溶剂。我们表明，亨利和Sievert的化学平衡条件的法律之间的差异造成的气泡生长动力学的差异。假设溶解气体分子向气泡的扩散通量是稳定的，我们得到了两种溶解度定律下气泡半径的微分方程。对于均匀成核的气泡，这发生在一个显着的压降气泡动力学方程亨利和Sievert的法律的情况下，解析求解。对于这两个溶解度定律的气泡生长的三个特征阶段标记出来。求出了气泡尺寸变化的时间间隔和各阶段的时间间隔，并得到了各阶段对应的扩散通量稳定的条件。这些条件的实现进行了讨论的情况下，岩浆熔体中的水蒸气气泡的成核。对于Sievert定律，还提出了在纯溶剂中气泡溶解问题的解析处理。
2012-05-24 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Growth of a bubble cloud in CO2-saturated water in microgravity
浸没在气体过饱和液体中的密集气泡云的扩散驱动生长是一个问题，该问题在几种现代技术中得到应用，例如溶剂交换微反应器、纳米技术或泡沫材料的制造。然而，在地球的重力条件下，如果云没有附着在表面上，由于浮力的作用，即重力效应，这些动态只能在非常有限的时间内观察到。在这里，我们提出了在CO $_2$ -过饱和水在微重力条件下生长的密集气泡云的时间演化的实验观察。我们报告存在三种制度，其中气泡云表现出不同的增长率。在短时间内，每个气泡独立增长以下Epstein-Plesset方程。随后，气泡开始相互作用，并且它们的增长率随着它们竞争可用的CO $_2$而减小。当这种情况发生时，增长速度就会减慢。气泡在云中越深，这种情况发生得越早。最后，在很长一段时间内，只有外壳上的气泡继续生长。这些状态可以通过数学模型定性地描述，其中每个单独的气泡在存在质点汇的星座的情况下生长。尽管该模型只适用于稀释的气泡云，它的预测是一致的实验观察，即使我们观察到的气泡云是相当密集的。
2020-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analytical steady-state solutions for pressure with a multiscale non-local model for two-fluid systems
我们认为表面张力的非局部多尺度模型\citep{Tartakovsky2018}作为替代（宏观）杨拉普拉斯定律。非局部模型的形式得到的支持$\varepsilon$添加到Navier-Stokes动量守恒方程的分子力的功能的积分。利用这个模型，我们计算的稳态平衡压力梯度和压力分布的圆形和球形气泡和平面界面在二维和三维的解析形式。根据解析解，压力在界面上以与MD模拟中观察到的定量相似的方式连续变化。此外，对于大于$3\varepsilon$的曲率半径，压力差$P_{\varepsilon, in} - P_{\varepsilon, out}$满足杨-拉普拉斯定律，否则偏离杨-拉普拉斯定律（即，当曲率半径变为零时，$P_{\varepsilon, in} - P_{\varepsilon, out}$变为零，其中$P_{\varepsilon, out}$是气泡外部距离界面大于$3\varepsilon$的压力，$P_{\varepsilon, in}$是气泡中心处的压力）。后者表明，所提出的模型中的表面张力随曲率半径的减小而减小，这与分子动力学模拟和实验室实验的纳米气泡。因此，我们的研究结果表明，非局部模型的行为微观尺度小于$\varepsilon$和宏观，否则。
2019-05-21 physics.flu-dyn
Ultrasound-enhanced mass transfer during single-bubble diffusive growth
已知超声波在催化和微流体应用中增强表面气泡生长和去除，但整流扩散和微流现象对传质的贡献仍不清楚。我们量化的超声波对一个单一的球形CO $_2$气泡生长在过饱和水中的基板上的扩散生长的影响。求解了气泡尺寸、形状、振幅和微流场随时间的变化关系。我们展示并解释了如何超声可以提高表面气泡的扩散增长高达两个数量级的体积共振。壁的接近迫使气泡非球形地振荡，从而在共振期间产生剧烈的流动，导致对流主导的生长。
2020-05-12 physics.flu-dyn
Growth Rates of Hydrogen Microbubbles in Reacting Femtoliter Droplets
小液滴中的化学反应被广泛探索，以加速新材料的发现，提高催化两相转化和高通量分析的效率和特异性。在这项工作中，我们调查的本地速率的气体演化反应内固定在固体表面上的毫微微升液滴。通过高分辨率共聚焦显微图像在线测量反应产生的氢气微泡（半径> 500 nm）的生长速率。气泡的生长速度在较小的液滴中较快，在同一液滴中靠近三相边界的气泡生长速度较快。对于纯液滴和二元反应液滴以及不同润湿性的基底，结果是一致的。我们的理论分析的基础上的扩散，化学反应，和气泡生长在一个稳定的状态下预测，从周围扩散的反应物的浓度取决于液滴的大小和气泡的位置内的液滴，在良好的协议与实验结果。我们的研究结果表明，反应速率可能是空间不均匀的反应微滴。这些发现可能对制定这些液滴的化学性质和用途有影响。
2022-03-09 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Steady-state two-phase flow of compressible and incompressible fluids in a capillary tube of varying radius
本文研究了稳态条件下变半径毛细管内可压缩流体和不可压缩流体的不混溶两相流动。不可压缩流体是牛顿流体，可压缩流体是无粘理想气体。与两种流体之间的界面相关联的表面张力引入了由于管半径的变化而沿着管变化的毛细力。由于毛细管力和可压缩性的影响之间的相互作用，在一组属性，是不同于不可压缩的两相流。当流体朝向出口移动时，可压缩流体的气泡由于压力降低而体积增大。可压缩气泡的体积增长使得出口处的体积流率高于入口处的体积流率。增长不仅是管两端压降的函数，而且是环境压力的函数。此外，毛细力产生有效阈值，低于该阈值则没有流动。在阈值以上，系统显示出流速和有效压降之间的弱非线性，其中非线性还取决于管两端的绝对压强。
2022-07-21 physics.flu-dyn
Mathematical modelling for acoustic microstreaming produced by a gas bubble undergoing asymmetric oscillations
本文通过将一阶、二阶涡量场分解为极向与环向分量，并利用球谐函数描述界面非球形畸变，建立了非对称振荡气泡诱导声微流的精确理论解。
2025-03-13 physics.flu-dyn
Multiple steadily translating bubbles in a Hele-Shaw channel
解析解构造的任何有限数量的气泡在稳态运动中的Hele-Shaw通道的组件。从一个有界的多连通的圆形域的流动区域外的气泡的形式的保角映射的解决方案。该映射被写为两个解析函数的总和-对应于实验室和共同移动框架中的复势-将圆形域映射到相应的退化多边形域上。这些功能获得使用广义施瓦茨-克里斯托弗公式的多连通域的Schottky-克莱因素函数。我们的解决方案是非常普遍的，因为没有对称性的假设有关的几何配置的气泡。几个例子，各种气泡配置进行了讨论。
2013-10-17 math-ph math.MP nlin.PS
Tribonucleation of bubbles
我们报告的成核的固体上的气泡轻轻地相互摩擦的液体。发现这种现象强烈地依赖于固体表面的材料和粗糙度。对于一个给定的表面，温度和气体含量，观察到的成长气泡的踪迹，如果摩擦力和速度超过一定的阈值。通过透明固体直接观察表明，尾迹中的每个气泡都是由几个微观气泡的早期合并引起的，这些气泡本身从固体之间形成的微观气穴中分离出来。从磨损痕迹的详细研究，与原子力和扫描电子显微镜成像，我们得出结论，这些微观气穴源于局部破裂的表面粗糙，可能增强了在新创建的表面的化学反应。我们的发现将有助于防止不希望的气泡形成，或者相反，用于“用气泡书写”，即，形成受控的微观气泡图案。
2016-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Bubble deformation by a turbulent flow
本文研究了初始球形气泡在均匀各向同性湍流背景流中的变形模式。我们进行直接数值模拟的两相不可压缩纳维-斯托克斯方程，考虑在不同的韦伯数（湍流和表面张力的比例）使用空气-水的密度比的高密度湍流中的低密度气泡。我们讨论了一个理论框架的气泡变形的湍流使用球谐分解。我们建议，对于每一种模式的气泡变形，一个强迫项的速度和压力波动的统计，在相同半径的球体上进行评估。在小变形的限制下，这种方法将气泡变形和背景湍流速度波动正式联系起来。的总表面变形和每个单独的模式的增长计算从直接的数值模拟使用适当的Voronoi分解的气泡表面。我们发现，两个连续的时间制度发生：第一个政权对应于仅由惯性力驱动的变形，与界面变形的线性增长的时间，与模型预测一致，而第二个政权的结果从惯性力和表面张力之间的平衡。这两个制度之间的过渡时间是由气泡振荡的第一瑞利模式的周期。我们讨论了如何使用我们的方法将气泡寿命与湍流统计数据联系起来，并最终表明，在高韦伯数下，气泡寿命可以从气泡尺度的湍流波动统计数据中推导出来。
2021-04-13 physics.flu-dyn
A buoyancy-drag model with a time-varying drag coefficient for evaluating bubble front penetration depth
本文提出带时变阻力系数的改进浮力-阻力模型，以更准确地评估烧蚀瑞利-泰勒不稳定性引起的气泡前沿穿透深度，并通过抑制最危险模式为点火阈值附近的靶制造与脉冲优化提供新思路。
2025-01-01 physics.flu-dyn
Bubble growth on arrays of micro-electrodes
Tongji University（同济大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Technical University of Dresden（德累斯顿工业大学）
研究水电解中电极上气泡生长问题，通过解析主电场的方法，利用三维VOF模拟，研究不同电极上气泡生长，发现非均匀电流密度等影响生长动力学，电极岛气泡会漂移，可借此调整电场分布减少电阻损耗。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Diffusive interaction of multiple surface nanobubbles and nanodroplets: shrinkage, growth, and coarsening
表面纳米气泡是在浸没的基底上的纳米级球帽状气体域，其稳定，甚至数天。在理论上解释了{ \it单}表面纳米气泡的稳定性之后，即需要接触线钉扎和气体过饱和来稳定它们以抵抗扩散溶解[Lohse和Zhang，Phys.修订版本\ E 91，031003（R）（2015）]，这里我们关注{\it多个}纳米气泡的{\it集体}扩散相互作用。为此，我们开发了一个有限差分格式的扩散方程与适当的边界条件和浸没边界方法用于代表增长或收缩的气泡。在针对Epstein和Plesset针对本体气泡[J. Chem. Phys. 18，1505（1950）]以及Lohse和Zhang针对表面气泡的精确结果验证了该方案之后，这些模拟的框架被用于描述竞争性生长的纳米气泡的粗化过程。这种扩散相互作用的纳米气泡的粗化过程随着推进时间而减慢，从而增加气泡距离。目前的结果表面纳米气泡也适用于浸没的表面纳米液滴，其中存在更好的控制实验结果的粗化过程。
2020-02-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Impact of the history force on the motion of droplets in shaken liquids
University of Bayreuth（拜罗伊特大学）
研究揭示了历史力在非稳流中对液滴运动的影响，通过重新分析非稳斯托克斯流，推导了包含经典刚体粒子极限和自由滑移（零粘性）气泡极限的流体动力学力，发现历史力在过渡区可使液滴偏移幅度减少超过60%。
2026-04-14 physics.flu-dyn
Viscous growth and rebound of a bubble near a rigid surface
受气泡动力微火箭中催化表面附近微气泡动力学的启发，我们从理论上考虑了Stokes流中平坦无滑移表面附近自由球形气泡的生长。气泡表面处的流动的特征在于恒定的滑移长度，其允许调节其表面的流体动力学流动性，并在一种制剂中处理清洁和污染的气泡以及刚性壳体。从一个无限小的气泡开始，流体流动和流体动力学上的增长气泡得到解析。我们证明，根据相对于初始距离的气泡滑移长度的值，到壁，气泡将单调地排出流体分离它从壁，这将指数变薄，或它将反弹的表面一次，最终排水的薄膜。干净的气泡被证明是一个奇异的限制谁总是单调地得到排斥的表面。在润滑极限下，进一步详细分析了有限滑移长度气泡的弹跳现象。特别是，我们确定的流体动力方向的逆转的起源，由于在气泡和表面之间的膜中的流型的变化，并与相关的润滑压力。最后，最终排水动态的电影观察到遵循一个通用的代数缩放所有有限的滑移长度。
2018-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Gas bubble evolution on microstructured silicon substrates
电极上气泡的形成、生长和脱离在电解和其他产生气体的化学过程中无处不在。为了更好地了解它们在传质效率中的作用，我们进行了实验，涉及从一个预定义的成核位点，其中包括一个超疏水坑顶部的微加工支柱连续气泡成核。在这些点上的气泡成核的实验允许连接到电解产生的H $_2$气泡与更好地理解的演变的CO $_2$气泡在压力控制的过饱和溶液中的传质现象的比较。在这两种情况下，气泡生长在扩散为主的制度。对于CO $_2$气泡，发现由于气体耗尽的影响，后续气泡的生长速率系数总是降低。相反，在恒定电流电解过程中，气泡生长速率受到扁平电极附近溶解的H $_2$气体的边界层的演变的影响，该边界层与气体耗尽竞争。这种竞争导致了三种不同的制度。最初，由于新形成的浓度边界层的主要耗尽，气泡生长随着连续中的每个新气泡而减慢。在后期阶段，由于连续产气引起的气体过饱和度的局部增加，生长速率增加，并最终趋于近似稳定的生长速率。与电解气泡连续相关联的气体输送效率随时间遵循类似的趋势。最后，对于H $_2$和CO $_2$气泡，分离大多发生在比理论预测的更小的半径处，并且尺寸分布范围惊人地宽。提出了一些解释，但结果传播的最终起源仍然难以捉摸。
2018-12-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Insights into bubble droplet interactions in evaporating polymeric droplets
本文利用声悬浮和激光辐照研究高黏弹模量聚合物液滴蒸发，揭示气泡在稀溶液区成核、遵循 Plesset-Zwick 标度生长，并导致皮层胀缩及不同沉淀物形成。
2023-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Steady streaming flows in viscoelastic liquids
我们讨论了微流控装置中稀和半稀聚合物溶液的稳态流动的实验研究。非牛顿行为对不同模型流体的稳定流动的影响是通过使用粒子跟踪测速仪表征作为振荡频率的函数的内流层的演变来确定的。我们发现，在恒定粘度的弹性液体中的稳态流动速度分布定性类似于那些在牛顿液体。然而，在具有强剪切稀化的弹性液体中，稳定的流动速度剖面显示出两个独特的特征：（i）随着频率的增加，内部流动层的非单调演化，首先在宽度上增加，然后减小，以及（ii）在高频率下流动剖面的明显不对称。
2019-07-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Why does a beer bottle foam up after a sudden impact on its mouth?
突然垂直撞击啤酒瓶的瓶口会产生一个压缩波，通过玻璃向底部传播。当这种波到达瓶的底部时，它作为膨胀波传播到自由表面，在自由表面作为压缩波反弹回来。膨胀-压缩波的这一训练促使现有气穴的强制空化，导致气穴的剧烈崩溃。在这些坍缩中产生了一团非常小的子气泡，由于它们的尺寸较小，它们的膨胀速度比它们的母亲快得多。这些快速增长的气泡簇有效地充当浮力源，这导致形成充满气泡的羽流，其空隙率快速增加几个数量级，最终将大部分液体变成泡沫。
2013-10-14 physics.flu-dyn
Plasmonic Microbubble Dynamics in Binary Liquids
实验研究了表面等离子体微泡在水/乙醇二元溶液中的生长。通过用连续波激光照射金纳米颗粒阵列来产生微泡。等离子体气泡表现出乙醇浓度依赖性行为。当乙醇浓度低于67.5%时，固液界面上不存在气泡。当f_e值大于80%时，气泡的行为与纯乙醇中的气泡相同。只有在67.5%<f_e <80%的中间窗口中，我们才能发现具有高度非平凡时间演化的固着等离子体泡，其中作为时间的函数，可以分辨出三个相。(1)在第一阶段，微泡生长，同时摆动。(2)一旦蠕动停止，微泡进入第二阶段，在第二阶段中，微泡突然收缩，随后是（3）稳定的再入生长阶段。我们的实验表明，在第二个区域的微气泡的突然收缩是由三相接触线的脱钉事件。我们系统地改变乙醇浓度，激光功率和激光光斑大小，以解开水的再冷凝作为在第2阶段突然气泡收缩的基本机制。
2021-01-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
