Transverse flow in thin superhydrophobic channels
我们提供了一些一般性的理论结果，以指导超疏水通道中的横向流体动力学现象的优化。我们的重点是一个任意的两个组件（低滑移和高滑移）粗糙纹理的平行板通道的规范的微和纳米流体的几何形状，变化的尺度大于通道的厚度。通过分析严格的界限上的渗透性，在所有可能的模式，我们优化的面积分数，滑移长度，几何形状和方向的表面纹理，以最大限度地提高横向流动。在两个对齐的条纹表面的情况下，很强的横向流动是可能的。优化的超疏水表面可以在被动微流体混合和横向电动现象的放大中找到应用。
2010-07-07 physics.flu-dyn
Alteration in contact line dynamics through competition between thermocapillary and electrothermal effects
本文研究了热流体窄通道中两种不混溶流体的热场辅助流动构型的接触线动力学。通道表面以预先设计的润湿性润湿，并将叉指电极安装在基底上以产生不均匀的电场。在这项研究中，相互作用的热毛细作用和摩擦力的界面动力学进行了详细的研究。前者是由表面张力梯度引起的，而后者是由介电常数和电导率梯度引起的。我们的研究表明，相对强度的界面力和摩擦力和它们的相互作用可以有效地用于控制毛细管填充时间以及流动动力学。对于相同强度的热毛细力和热毛细力（由单独的无量纲数表征），热毛细力占主导地位。然而，在某些润湿性下，界面力支配着润湿力，并使流体运动朝向通道的入口。
2018-04-20 physics.flu-dyn
Thermocapillary flow transition in an evaporating liquid layer in a heated cylindrical cell
最近的地面和微重力实验调查的挥发性液体（FC-72，$Pr=12.34$）包含在一个加热的圆柱形细胞的界面动力学的动机，我们数值研究在这样的蒸发液层中的热毛细驱动流。特别注意的是，当所施加的温度增加时，轴对称流的过渡到完全三维图案的预测。数值模拟依赖于改进的单侧蒸发模型，包括通过气相通过传热毕奥数和蒸发毕奥数的传热和传质。我们提出的轴对称流动特性，显示这些毕奥数的变化的转变点，更重要的是阐明的双重作用的蒸发的潜热的稳定性;蒸发不仅不稳定的流动，但也稳定它，这取决于蒸发引起的热梯度开始发挥作用的地方。我们还表明，在液体层中的浮力有稳定的效果，虽然它的效果是微不足道的。在高Marangoni数，数值模拟揭示了较小规模的热模式形成在一个较薄的蒸发层的表面上，定性与实验观察。目前的工作有助于获得一个更好的理解的作用，相变的热毛细不稳定性的蒸发液层。
2020-02-21 physics.flu-dyn
Thermocapillary Convection in Superimposed Layers of Self-Rewetting Fluids: Analytical and Lattice Boltzmann Computational Study
自再润湿流体（SRF），如长链醇的水溶液，表现出表面张力对温度的反常二次依赖性，具有最小值和正梯度。当与正常流体（NF）相比时，SRF可以与显著改变的界面动力学相关联，其最近已被开发用于在各种应用（例如，微重力和微尺度运输系统）。在这项工作中，首先，我们开发了一个新的热毛细对流的解析解叠加两个SRF层限制在一个微通道内，正弦加热的一侧，并保持在一个均匀的温度下的另一侧的蠕动流制度。然后，一个强大的中心矩格子玻尔兹曼方法使用的Allen-Cahn方程的界面跟踪，两种流体运动，并为SRF的数值模拟的能量输运。的分析和计算技术一般被证明是在良好的定量协议彼此。此外，研究了各种特征参数对热毛细驱动运动的大小和分布的影响。SRF中的热毛细流动模式被证明是惊人的不同时相比，NF：对于其他相同的条件下，SRF的结果在8个周期性的反向旋转的热毛细对流辊，而NF表现出只有4个这样的漩涡。此外，在这种旋涡结构的SRF的循环流体运动的方向被发现是朝向较热的界面上的区域，这是相反的，在NF。通过调整温度上的表面张力的灵敏度系数，它示出的幅度以及整体热毛细流动模式可以显着操纵。
2022-10-14 physics.flu-dyn
Superhydrophobic surfaces to reduce form drag in turbulent separated flows
作用于在流体中运动的物体上的阻力有两个分量，即由于流体粘性引起的摩擦阻力和由于物体后面的流动分离引起的形状阻力。当存在时，形状阻力通常是两者之间最重要的，并且在许多应用中，流线型有效地减少或防止流动分离。正如这里所研究的，当工作流体是水时，一种很有前途的减阻技术是用超疏水表面修饰物体的壁。这些表面在其粗糙度中捕获气泡，避免液体与壁的直接接触。超疏水表面已经被广泛研究用于减少摩擦阻力。我们表明，它们在减少湍流中的流动分离方面也是有效的，因此在减少形状阻力方面也是有效的。通过研究钝体上的湍流的数值模拟，证明了它们的概念有效性，钝体由通道内的凸起表示，其被修改为不同的超疏水表面。这里所示的方法有助于新的和强大的技术，为减少阻力的钝体。
2022-05-08 physics.flu-dyn
Effect of Electro-Osmotic Flow on Energy Conversion on Superhydrophobic Surfaces
有人建议，超疏水表面，由于存在一个无剪切区，可以大大提高表面电荷的运输，导致相当大的增加，在流动电位。这可能会在微能量收集设备中找到潜在的用途。在本文中，我们表明，使用分析和数值方法，当一个流动的电位产生在这样的超疏水的几何形状，反向电渗流，因此产生的电流，是显着的。与先前预测的相比，预计流动潜力会下降。我们还表明，由于电渗流电流，在这样的系统中实现的自由表面电荷密度的大值的能量转换效率和提取的功率的饱和。然而，在现实条件下，这种具有超疏水表面的微结构装置甚至有可能达到迄今为止仅在纳米结构装置中实现的能量转换效率。
2013-03-28 physics.flu-dyn
Flow in channels with superhydrophobic trapezoidal textures
超疏水一维表面通过结合疏水性和粗糙度来捕获微观纹理中的气泡，从而减少阻力并产生横向流体动力学现象。最近在这一领域的工作集中在超疏水条纹的具体情况。在这里，我们提供了一些理论结果，以指导优化的前向流和横向流体动力学现象的平行板通道与超疏水梯形纹理，变化的尺度大于通道厚度。这样一个薄的通道的渗透率被证明是相当于一个更大的平均滑移条纹之一。横向流动的最大化通常需要在气体区域处的最大可能的滑移，类似于条纹通道。然而，在梯形纹理的情况下，与一个非常小的分数的固相，这个最大值发生在一个有限的滑移在气体区域。精确的数值计算表明，我们的分析，基于润滑理论，也可以适用于一个更大的间隙。然而，在这种情况下，它高估了通道的渗透性，并且低估了流动的各向异性。我们的研究结果提供了一个框架的合理设计的超疏水表面的微流体应用。
2013-10-08 physics.flu-dyn
Convection and heat transfer in liquid under low gravity conditions and thermocapillary effects
本文研究了粘性不可压缩液体在具有自由边界和垂直边差热的方腔内的二维流动。重力和热毛细对流的温度和速度场的影响进行了研究，在大范围内的无量纲参数和相似准则，使用方程在Boussinesq近似。数值分析了无量纲参数的极限情况。
1999-02-14 physics.flu-dyn
Controlling secondary flows in Taylor-Couette flow using spanwise superhydrophobic surfaces
本研究通过实验与数值模拟，利用展向超疏水表面处理削弱Taylor-Couette流中的Taylor涡二次流，并给出了所需最小疏水性及控制有效性的分析。
2023-06-20 physics.flu-dyn
Melting process of frozen sessile droplets on superhydrophobic surfaces
本研究通过实验探究超疏水表面冻结固着液滴的熔化过程，发现单尺度纳米与分级微纳结构基底上存在两种反向涡旋的熔化形貌，揭示了两类基底中马兰戈尼对流的不同作用机制，为理解疏冰性与设计新型疏冰表面提供支撑。
2023-10-06 physics.flu-dyn
Linear stability of channel flow with microgroove-type anisotropic superhydrophobic walls
我们研究的时间线性不稳定性的通道流受到张量滑移边界条件，模型的滑移效应引起的微槽型超疏水表面。微槽不一定与驱动压力梯度对齐。Pralits等人Phys. Rev. Fluids 2，013901（2017）研究了相同的问题，并报告说微槽关于驱动压力梯度的适当倾斜角可以降低临界雷诺数，并且具有单个超疏水壁的流动比具有两个超疏水壁的流动更不稳定/不稳定。相比之下，我们表明，最低的临界雷诺数总是实现两个超疏水壁，我们得到的临界雷诺数显着低于报告。此外，我们发现，临界雷诺数可以进一步降低通过增加各向异性的滑移长度。随着倾斜角的变化，似乎有一个很强的相关性之间的不稳定性的强度和由倾斜角引起的基流的横流分量的大小。在两个壁上的微槽的倾斜角不同的情况下，临界雷诺数随着倾斜角的差的增加而增加，即具有平行微槽的两个超疏水壁给出最低的临界雷诺数。结果是翔实的设计的微槽型壁纹理引入不稳定性在低雷诺数通道流，这可能是感兴趣的增强混合或传热在小流量系统中的湍流不能被触发。
2022-09-12 physics.flu-dyn
Motion of an air bubble under the action of thermocapillary and buoyancy forces
提出了一种新的处理表面张力梯度驱动流动的方法。使用一个开源的Navier-Stokes方程求解器，{ \it Basilisk}，和目前的配方，我们调查周围介质中的液滴/气泡的热毛细迁移。已经进行了几个验证练习，这表明，目前的求解器是一个强大的调查界面流动与可变表面张力。众所周知，由于界面张力而产生的切向和法向表面力的数值模拟是一项具有挑战性的任务。我们已经表明，本方法不需要人工涂抹的表面张力的界面，从而预测的终极速度的气泡/液滴迁移由于施加的温度梯度的理论值非常好。它还表明，本求解器提供了准确的结果表现出的重力和热毛细力的问题，同时，和有用的高粘度和密度比的系统。
2018-06-18 physics.flu-dyn
Continuous surface force based lattice Boltzmann equation method for simulating thermocapillary flow
本文扩展了具有连续表面力（CSF）的格子Boltzmann方程（LBE）来模拟热毛细流动。该模型是在我们以前的无热两相流CSF LBE的基础上设计的，其中界面张力和Marangoni应力作为不同相之间的界面相互作用的结果由CSF的概念来描述。在该模型中，不同相之间的尖锐界面被一个狭窄的过渡层隔开，相分离的动力学和形态演化可以用一个序参量visa Cahn-Hilliard方程描述，并在LBE框架下求解。温度场的标量对流扩散方程也用热LBE求解。该模型进行了验证，热两层Poilluille流，和两个叠加的平面流体在可忽略不计的小雷诺数和Marangoni数的热毛细驱动的对流，其中有解析解的速度和温度。然后模拟了二维可变形液滴的热毛细迁移。数值结果表明，本文的LBE预测结果与解析解/其它数值结果一致。
2014-12-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermocapillary stabilization of Liquid Space Telescopes
Boston University（波士顿大学）
本研究通过周期性加热产生振荡热毛细管流，稳定微重力下的液体镜面，并利用多尺度分析与线性稳定性分析，验证了米级表面变形在数天内可被稳定。
2026-10-16 physics.flu-dyn
Thermocapillary effect on the cross-stream migration of a surfactant-laden droplet in Poiseuille flow
本文分析了在不溶表面活性剂和沿流动方向线性变化的温度场的共同影响下，粘性液滴在无界Poiffille流中的运动。在忽略流体惯性、热对流和形状变形的情况下，通过渐近分析得到了无外力作用下的液滴速度。目前的研究集中在两个限制情况下的表面活性剂传输：（i）小的表面Peclet数，和（ii）高的表面Peclet数。热毛细作用引起的Marangoni应力，其强度相对于粘性应力的热Marangoni数表示，有很大的影响表面活性剂在液滴表面上的分布。温度场不仅影响液滴的轴向速度，而且对液滴的横流速度也有显著影响，尽管温度梯度与Poiffille流动方向一致。当所施加的温度在Poiffille流动的方向上增加时，液滴朝向流动中心线迁移。轴向和横流速度分量的大小随热Marangoni数的增加而增加。然而，当所施加的温度在Poiffille流的方向上降低时，轴向和横向流速度分量的大小都可以随着热Marangoni数而增加或减少。最有趣的是，液滴要么朝着流动中心线或远离it.Present研究表明，超过该液滴远离流动中心线的热Marangoni数的临界值，这是在形成鲜明对比的表面活性剂负载的液滴在等温流中的液滴总是朝着流动中心线的运动。
2017-01-11 physics.flu-dyn
Competition between thermocapillary and solutocapillary flows in thin liquid films
本文研究了局部加热且含不溶性表面活性剂的薄液膜中热毛细与溶质毛细流动的竞争，基于润滑近似推导界面演化方程，发现溶质Marangoni数增大可抑制界面变形与速度，为理解热毛细系统提供定量工具。
2025-01-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermocapillary flows and interface deformations produced by localized laser heating in confined environment
研究了连续高斯激光作用下热毛细应力引起的流体-流体界面变形。我们表明，液体界面的变形方向强烈依赖于所涉及的液体层的粘度和厚度。我们首先调查的情况下，分离两个不同的液体层的界面，而第二部分是专门的薄膜由两个外层相同的液体挤压。这些结果是预测的应用领域，局部热毛细应力被用来产生流动或变形的限制，如optofluidics存在的接口。
2012-03-08 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Effect of surface-active contaminants on radial thermocapillary flows
本文研究了在不溶性表面活性剂（杂质）存在下，由液-气界面处的温度梯度引起的热毛细蠕动流动。表面活性剂的对流扫掠导致密度不均匀性，其赋予界面面内弹性特征。这种机制进行了讨论的径向对称的温度场，在深水和浅水制度。当传质由对流控制时，发现表面活性剂从其尺寸与界面弹性成反比的区域耗尽。浓度场和速度场在耗尽区边界处均服从幂律。最后，它表明，这种奇异的行为被涂抹时，分子扩散占。
2019-12-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drag reduction induced by superhydrophobic surfaces in turbulent pipe flow
在湍流管流中研究了超疏水表面的减阻作用。润湿的超疏水表面被示出为在其粗糙度中捕获气泡。这阻止了液体与该位置的壁直接接触，从而允许流动滑过气泡。我们考虑一个明确的纹理与流向槽的墙壁中的气体预计将被截留。这种配置是模拟交替无滑移和无剪切边界条件的墙壁。相对于经典的湍流管流，观察到显著的减阻，其强烈地取决于凹槽的尺寸和固体分数，即固体壁表面与管的圆周的总表面之间的比率。阻力减小是由于在固定压降下壁面处的平均滑移速度增加了流速。强化的边界条件也会产生特殊的湍流结构，这反而会降低流速。这两个并发的影响提供了一个整体的流量增加，通过平均轴向动量平衡证明。该方程提供了平均压力梯度、雷诺应力、平均流速和平均滑移速度贡献之间的平衡。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Effects of curvature on hydrothermal waves instability of radial thermocapillary flows
分析了扩展圆柱体中热毛细流动的稳定性。当沿水平自由表面施加径向温度梯度时，这种流动发生在具有圆盘形状的薄液体层中。除了纵横比，第二个参数有关的局部曲率被引入到完整的描述的几何效果。我们恢复经典的热液波史密斯和戴维斯预测，但这些波的属性与曲率参数的演变，从而导致一个不均匀的图案在细胞。此外，它示出的问题是不是不变的交换的热侧和冷侧。
2003-01-14 nlin.PS physics.flu-dyn
Asymptotic formulae for flow in superhydrophobic channels with longitudinal ridges and protruding menisci
本文提出了一个新的分析公式，在一个或两个壁图案与纵向阵列的脊和任意突出的波纹通道中的流动。从匹配的渐近展开导出，它们扩展了Crowdy（J. Fluid Mech.，vol.791，2016，R7），因此对突出到液体中或突出到液体外没有限制。的滑移长度公式进行比较，对完整的数值解，尽管在其推导过程中的小脊周期的假设，被发现有一个非常大的范围内的有效性;相对误差是小的，即使是足够大的突出的波纹退化的流动和接触对面的墙壁。
2018-01-29 physics.flu-dyn
Investigation of the effects of superhydrophobic surface treatment on the dynamics of the flow in the near wake of a sphere using spatial dynamic mode decomposition
Monash University（莫纳什大学）
研究通过动态模式分解分析超疏水表面处理对球体近尾涡剪切层动力学的影响，发现持续气垫显著改变该区域的不稳定性。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Probing interfacial effects with thermocapillary flows
我们的报告支持的液体薄膜驱动的热毛细作用。液体是油膜，初始厚度为几十微米。局部和适度加热其上散布有它们的玻璃基板引起热毛细流动，这允许形成超薄膜。我们表明，在给定的时间范围内，亚微米厚的薄膜的减薄动力学是由热毛细应力。它导致厚度轮廓与时间的简单依赖性，这通过数据在主曲线上的崩溃来证明。主曲线仅取决于液体性质和热梯度，并允许测量后者。随着薄膜进一步变薄至分子相互作用范围内的厚度，出现了与主曲线的偏差。虽然所有研究的油都被认为是完全润湿玻璃，但烷烃和硅油之间的偏差性质不同。我们将观察到的行为归因于分离压力的不同迹象，并且薄膜方程的数值解证实了这一点。我们建议热毛细流动可用于精细探测分子间的相互作用。
2022-12-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of texture randomization on the slip and interfacial robustness in turbulent flows over superhydrophobic surfaces
超疏水表面在船舶和流体动力学应用中表现出良好的减摩潜力。超疏水表面的最新发展旨在可扩展的应用使用随机分布的粗糙度，如喷涂和蚀刻工艺。然而，大多数以前的分析流动和超疏水表面之间的相互作用研究周期性的几何形状，是经济上可行的，只有在实验室规模的实验。我们进行直接数值模拟的湍流随机图案的界面，考虑一系列的纹理宽度$w^+\approx 4-26$，和固体分数$ϕ_s=11\%$到$25\%$。滑移和无滑移边界条件是在一种模式中实现的，模拟了气液界面和固体元素的存在。我们的研究结果表明，随机分布的纹理下的湍流的滑移约$30\%$小于那些具有相同大小的对齐功能的表面。在小的纹理尺寸限制$w^+\approx 4$，滑移长度的随机分布的纹理在湍流是很好地描述了由先前介绍的斯托克斯流动解决方案的随机分布的无剪切孔。通过比较DNS结果的模式滑移和无滑移边界对相应的均匀化滑移长度边界条件，我们表明，湍流超过随机分布的职位可以表示为各向同性滑移长度在流向和展向方向。气袋上的平均压力波动与具有相同纹理尺寸和气体分数的对齐特征的压力波动相似，但是当纹理随机分布时，粗糙元的前缘处的最大界面变形大约大两倍。
2017-09-27 physics.flu-dyn
Blockage of thermocapillary flows by surface-active impurities
本文提出一个通用理论框架，通过将逆Marangoni数作为小参数线性化输运方程，定量描述低浓度不溶性表面活性剂对水-空气界面热毛细流动的阻塞作用，并与实验取得良好一致。
2024-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow past superhydrophobic surfaces with cosine variation in local slip length
各向异性超疏水表面具有极大地减少阻力和增强微流体装置中的混合现象的潜力。最近的工作主要集中在超疏水条纹的情况下。在这里，我们分析了一个有关情况的余弦变化的本地滑移长度。我们推导出近似公式的最大（纵向）和最小（横向）方向的有效滑移长度，在良好的协议与精确的数值解和格子Bolzmann模拟的任何表面滑移分数。余弦纹理可以提供非常大的有效（向前）滑动，但是发现与超疏水性条带相比，其在产生横向流动方面效率较低。
2012-12-08 physics.flu-dyn
Turbulent transition in a channel with superhydrophobic walls: the effect of roughness anisotropy
超疏水表面显著降低了上覆液体流动的表面摩擦。这些表面是复杂的，数值模拟通常依赖于模型来降低这种复杂性。最简单的方法之一是通过均匀化过程找到一个等效的边界条件，在定向肋上的通道流的情况下，导致均匀化的基本流速中存在一个小的展向分量。这项工作的目的是调查的影响，这种三维的基流的稳定性和过渡的渠道与定向沟槽覆盖的墙壁。这个基流的线性稳定性进行了研究：一个新的不稳定区域，连接到横流的影响，观察。Tollmien-Schlichting波也被检索，但最不稳定的是三维的。瞬态增长也受到影响的斜条纹与非零流向波数成为最放大的扰动。当Tollmien-Schlichting波引起转捩时，在初始指数增长状态之后，具有大展向波数的条纹结构迅速出现。模态机制似乎在这些结构的发展中发挥了主导作用，并实现了二次稳定性分析，成功地检索他们的一些特点。第二种情况，开始与横流涡，显示出强烈的非线性的影响。在分解成湍流之前，流动发展成大的准展向不变结构。饱和横流涡的二次稳定性揭示了这一转捩阶段。在这两种情况下，横流效应主导的流动动力学，强调需要考虑这些影响时，建模超疏水表面。
2022-08-02 physics.flu-dyn
Azimuthal instability of the radial thermocapillary flow around a hot bead trapped at the water-air interface
研究了激光加热微珠在水-气界面局部润湿条件下驱动的径向热毛细流动。特别注意的是周围的热球的对流模式的演变，因为后者是越来越热。在低激光功率P下，流动形态几乎是轴对称的。增加P导致对称性破缺，并出现反向旋转的涡对。在界面处的边界条件，接近无滑移在低P政权，转向约无应力之间的涡对在高P政权。这些观察结果有力地支持了这样的观点，即表面活性杂质不可避免地吸附在水面上，在那里它们形成弹性层。涡对的出现是流体动力学不稳定性在离心力强迫流动的层响应的签名。有趣的是，我们的研究为设计能够通过在液体界面产生涡旋对实现高速自推进的活性胶体铺平了道路。
2020-09-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analytical models for pressure-driven Stokes flow through superhydrophobic and liquid infused tubes and annular pipes
本文推导了压力驱动Stokes流通过带纵向狭缝的光滑管道和环形管道的解析模型，引入有限局部滑移长度以超越完美滑移假设，为圆形几何中表面滑移的设计与优化提供了重要工具。
2023-05-18 physics.flu-dyn
Porous Superhydrophobic Membranes: Hydrodynamic Anomaly in Oscillating Flows
我们已经制造和表征了一种新的超疏水系统，一个网状多孔超疏水膜与固体面积分数$Φ_s$，它可以保持与外部空气和水的水库同时密切接触。对多孔超疏水膜的振荡流体动力学测量作为$Φ_s$的函数揭示了令人惊讶的效果。与膜同相振荡的流体动力学质量对于$0.9\leΦ_s\le1$保持恒定，但对于$Φ_s < 0.9$急剧下降。粘性摩擦在与$Φ_s$成比例的缓慢初始降低之后显示出类似的下降。我们将这些效应归因于界面处稳定的Knudsen空气层的渗透。
2011-08-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-assembly and complex manipulation of colloidal mesoscopic particles by active thermocapillary stress
我们表明，多个微泡引起的主动热毛细应力提供了简单的路线，直接自组装和复杂的，但可控的微操作的介观胶体颗粒嵌入在液体中。使用光镊在液体-玻璃界面上使微泡成核。围绕单个气泡的流动导致在气泡底部处的环中的颗粒的自组装，而在气泡界面上产生的不对称温度分布打破了流动的方位角对称性，并且引起相对于气泡在不同轴向平面处的颗粒的同时积累和排斥。由于两个相邻的气泡的流动导致更多样化的效果，包括颗粒的分选，以及导致颗粒径向和轴向旋转的局部涡度-后者是首次使用光镊获得的。通过在空间离散的温度分布上使气泡成核来实现分选，而通过在温度梯度的存在下使气泡成核来产生涡度，所述温度梯度再次导致方位流中的强烈的涡度破坏。在实验中获得的流动剖面解释的分析解决方案或定性解释相关的热毛细问题，采用斯托克斯方程和热方程。
2019-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Long-time emergent dynamics of liquid films undergoing thermocapillary instability
研究表面张力与热毛细 Marangoni 效应相互作用的粘性薄膜模型，通过时空重标度系统观察长时间动力学，发现其行为不同于离散自相似周期解，揭示了离散自相似性的新展现方式。
2024-07-24 physics.flu-dyn
Thermocapillary migration of a planar droplet at moderate and large Marangoni numbers
采用前沿跟踪法对中、大Marangoni数下具有两个均匀温度梯度的流场中平面不可变形液滴的热毛细迁移进行了数值研究。结果表明，在均匀温度梯度中，平板状液滴的热毛细运动在中等Marangoni数下是稳定的，而在大Marangoni数下是不稳定的。在一定的偏移距离下，瞬时偏移速度随Marangoni数的增加而减小。在大Marangoni数的热毛细液滴迁移的模拟结果被发现与实验研究定性一致。此外，通过比较液滴内外温度场的变化，进一步证实了稳态和非稳态迁移过程的有关结果。很明显，在较大的Ma数下，液滴外部向内部的热能弱传递不能满足稳态迁移过程的条件，这意味着液滴周围的平流是大Ma数下液滴周围的传热机制。此外，从整体稳态能量平衡的条件下，在流动域中，通过其表面的热通量进行了研究，为稳定的热毛细液滴迁移在均匀的温度梯度的流场中。利用渐近展开法，在大Marangoni数下，确定了稳态热毛细液滴迁移过程中的非保守积分热流。这种非保守的通量很可能是由于准稳态假设的无效造成的，这表明在大Marangoni数下的热毛细液滴迁移不能达到稳态，因此是一个非稳态过程。
2011-12-13 physics.flu-dyn physics.space-ph
Giant superhydrophobic slip of shear-thinning liquids
该研究针对超疏水表面上的 Carreau 剪切稀化液体，通过渐近分析与数值模拟揭示强剪切稀化可使有效滑移长度由对数标度增强为代数标度。
2024-09-14 physics.flu-dyn
Effective slippage on superhydrophobic trapezoidal grooves
我们研究的有效滑移的超疏水性槽与梯形截面的各种几何形状（包括三角形和矩形条纹的极限情况），通过使用两种互补的方法。首先，已经执行了经过这种表面的流的耗散粒子动力学（DPD）模拟以验证表达式[E.S.Asmolov和O.I.Vinogradova，J.Fluid \textbf{706}，108（2012）]，其涉及一维纹理的有效滑移长度张量的本征值。其次，我们提出了有效滑移长度的理论估计，并通过基于配点法求解Stokes方程进行数值计算。两种方法之间的比较表明，它们是非常一致的。我们的研究结果表明，有效的滑移强烈地依赖于面积平均滑移，粗糙度的幅度，并在与液体接触的固体的分数。为了解释这些结果，我们分析了滑动不均匀性附近的流动奇异性，并证明了它们抑制了有效滑动并增强了流动的各向异性。最后，我们提出了一些指导原则，以设计最佳的一维超疏水表面，在微流体的潜在应用的动机。
2013-10-17 physics.flu-dyn
The influence of surface deformation on thermocapillary flow instabilities in low Prandtl melting pools with surfactants
材料激光加工过程中，低普朗特数熔池中的热量和流体流动对边界条件非常敏感，且响应是高度非线性的。先前的研究表明，在高Marangoni数下，具有表面活性剂的熔池中的流体流动可能是不稳定的。在熔池内金属液流动的数值模拟中，表面变形及其对材料吸收能量的影响往往被忽略。然而，这种简化的假设可能会降低与表面变形的数值预测的准确性水平。在本研究中，我们进行了三维数值模拟，实现表面变形的影响，在激光熔化的金属合金与表面活性剂的热毛细流动不稳定性。我们的计算模型是基于有限体积法，并利用体积的流体（VOF）的气体-金属界面跟踪方法。此外，我们采用了动态调整的热源模型，并讨论其对熔池行为的数值预测的影响。我们的研究结果表明，包括自由表面变形的数值模拟增强了预测的流动不稳定性，因此，预测的固液界面形态。
2020-09-24 physics.app-ph physics.flu-dyn
A model for slip and drag in turbulent flows over superhydrophobic surfaces with surfactant
超疏水表面可以降低湍流中的摩擦阻力。在层流状态下，已经表明痕量的表面活性剂可以抵消这种阻力降低，有时使这些表面不比固体壁好（Peaudecerf等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114（28），7254-9，2017）。然而，表面活性剂对SHS减阻性能的影响尚未在湍流条件下进行研究，根据当今的标准，预测表面活性剂在直接数值模拟中的影响仍然很昂贵。我们提出了一个湍流模型，包括表面活性剂，在通道或边界层配置，在长但有限长度的流向脊是周期性的展向方向，周期$P$和气体分数$φ$。我们采用了一种基于移位对数定律的技术来获得减阻的表达式。平均流向和展向滑移长度是通过在粘性子层内引入局部层流模型而得到的，由此通过修改平均流向和展向滑移长度来模拟表面活性剂的作用。我们的模型同意从文献中获得的实验室实验数据时，条件是干净的（无表面活性剂），或当有低的表面活性剂水平。然而，我们发现一个明显的阻力增加较大的背景表面活性剂浓度的特点，湍流在SHS海洋应用。
2023-02-03 physics.flu-dyn
Simulation of the thermocapillary assembly of a colloidal cluster during the evaporation of a liquid film in an unevenly heated cell
Astrakhan Tatishchev State University（阿斯特拉罕塔季谢夫国立大学）
研究了非均匀加热腔中液膜蒸发过程中热毛细流对胶体团簇形成的影响，通过数学模型分析重力与阻力的比值决定粒子运动，发现小浓度下粒子进入团簇的比例随热流密度增加而降低。
2025-10-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Anisotropic flow in striped superhydrophobic channels
我们报告的耗散粒子动力学模拟的结果，并制定了一个半解析理论的各向异性流在平行板通道与两个超疏水条纹壁。我们的方法是有效的任何本地滑移的气体部门和任意的距离之间的板，从厚到薄的通道。它使我们能够优化面积分数、滑移长度、通道厚度和纹理方向，以最大限度地提高横向流动。我们的研究结果可能是有用的提取有效的滑移张量从全球的测量，如通道的渗透性，在实验或模拟，也可以找到应用程序在被动微流体混合。
2012-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of interface dynamic deformations on instabilities of buoyancy-thermocapillary convection in a two-fluid two-layer system
通过数值实验研究了界面扰动对矩形空腔内浮力/热毛细对流不稳定性的影响。的计算进行了几个两液体两层系统考虑到以前公布的实验中使用的液体的属性。讨论了界面变形与Boussinesq近似的关系。结果表明，在某些系统中，在模型中包括界面扰动可以改变临界温度差约10%，产生不稳定或稳定的效果。界面振荡表现为驻波或行波，其波长可以从短波长变化到占据所有可用空间的单个波。粗略估计表明，在某些液-液体系中，界面振荡幅度可达几十微米。最不稳定的干扰模式，并进行了讨论。有人认为，在一些两层系统的不稳定性发展类似于分层混合层中的Holmboe不稳定性。
2022-04-18 physics.flu-dyn
Nonlocality of the slip length operator for scalar and momentum transport in turbulent flow over superhydrophobic surfaces
本研究针对超疏水表面湍流的标量与动量输运，采用宏观强迫方法对比两种边界条件，发现有限尺寸纹理下均匀化滑移长度存在显著非局域性，并验证了其对雷诺平均解的重要影响。
2025-01-25 physics.flu-dyn
Effect of a surface tension gradient on the slip flow along a superhydrophobic air-water interface
超疏水表面已被证明产生显着的阻力减少在层流和湍流通过引入表观滑移速度沿空气-水界面被困在表面粗糙度。在本研究中提出的实验中，我们证明了存在的表面张力梯度与所得的马兰戈尼流沿空气-水界面，导致滑移速度和滑移长度显着减少。在这项研究中，沿毫米大小的空气-水界面的滑移速度进行了实验研究。这种大规模的空气-水界面促进了详细的调查的界面速度分布的流速，界面曲率和界面几何形状的变化。对于空气-水界面支持以上连续的凹槽（同心环内的扭转剪切流），其中没有表面张力梯度存在，滑移速度高达30%的体积速度进行了观察。然而，对于支持以上的不连续的凹槽（矩形通道Poietille流）的空气-水界面，表面张力梯度的存在下，降低了滑移速度，并在某些情况下导致界面速度，这是相反的主流方向。在翼展方向上的空气-水界面的曲率被发现支配的界面流动剖面的细节与反向流动的界面的中心的凹面和凸面沿外部的界面。空气-水界面的偏转也被发现极大地影响滑移的大小。沿空气-水界面施加相对小的表面张力梯度的数值模拟能够预测沿空气-水界面的减小的滑移速度和回流。
2018-03-30 physics.flu-dyn
Electrocapillary flow in Melcher-Taylor experimental setup
研究Melcher-Taylor实验装置中电毛细管驱动的两相流，发现非等温下热毛细和浮力作用增强，验证了Lippmann方程并证明两相模型对获取正确流动模式是必须的。
2023-11-23 physics.flu-dyn
Flows and mixing in channels with misaligned superhydrophobic walls
具有相同纹理取向的对齐的超疏水表面减少通道中的阻力，并产生横向于所施加的压力梯度方向的二次流。在这里，我们表明，横向剪切可以很容易地产生通过使用超疏水通道与错位纹理表面。我们提出了一个通用的理论方法来量化这种横向流动引入一个有效的剪切张量的概念。为了说明它的使用，我们提出了近似的理论解和耗散粒子动力学模拟条纹超疏水通道。我们的研究结果表明，横向剪切导致复杂的流动模式，这提供了一个新的机制的被动垂直混合在一个纹理周期的尺度。根据雷诺数的值，会出现两种不同的情况。在相对较低的雷诺数下，流动表现为叠加有两个同向旋转涡的横向剪切。对于较大的雷诺数，这些涡成为孤立的，通过抑制横向方向上的流体输送。
2015-03-14 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Large Drag Reduction over Superhydrophobic Riblets
脊状表面和超疏水表面是两种已被证实的被动减阻技术。我们描述了一种方法来制造表面，结合这两种技术，以增加减阻性能。样品已被测试与锥板流变仪系统，并已证明显着的阻力减少，即使在过渡湍流制度。直接数值模拟已被执行，以估计在较高的转速下的等效滑移长度。具有100~ $μ$ m深沟槽的样品表现得非常好，在所测试的整个流动条件范围内显示出15至20 $\%$的减阻变化，并且其滑移长度估计超过100 $μ$ m。
2014-06-02 physics.flu-dyn
Effective slip over superhydrophobic surfaces in thin channels
超疏水表面通过结合疏水性和粗糙度以在微米和纳米级纹理中捕获气泡来减少阻力。最近的工作集中在特定的情况下，如条纹槽或阵列的支柱，与有限的理论指导。在这里，我们考虑实验相关的限制薄通道，并获得严格的边界上的有效滑移长度为任何两个组件（例如，低滑移和高滑移）纹理与给定的面积分数。在所有的各向异性纹理，平行条纹获得最大（或最小）可能的滑移在一个直的，薄的通道平行（或垂直）的方向相对于平均流量。对于各向同性（例如棋盘或随机）纹理，Hashin-Strikman条件进一步约束有效滑移。这些结果为超疏水表面的合理设计提供了一个框架。
2008-08-10 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann Simulations of Droplet formation in confined Channels with Thermocapillary flows
基于“Shan-Chen”模型的介观格子Boltzmann模拟，研究了热毛细效应对微流控T型接头中流体线破裂特性的影响.在T型接头中，分散相垂直注入含有连续相的主通道，连续相通过横向流动诱导液滴周期性破裂.温度效应的研究是通过打开/关闭沿主通道方向的正/负温度梯度，从而促进不同的线程动态与预期/延迟断裂。数值模拟进行在改变连续相和分散相的流速，以及粘性力，表面张力力和热毛细应力的相对重要性。参数的范围是足够宽的热毛细作用的影响，在封闭的T型接头，包括所谓的“挤压”和“滴水”制度，以前在文献中确定的不同机制的突破。提出了一些简单的缩放参数，以合理化所观察到的行为，并提供定量的指导方针，如何预测破碎后的液滴大小。
2016-11-14 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Development of a central-moment phase-field lattice Boltzmann model for thermocapillary flows: Droplet capture and computational performance
本研究开发并实现了基于waLBerla的3D中心矩相场格子Boltzmann热毛细流动模型，对比了多种能量方程求解技术，揭示了局部加热操纵液滴的机制，并在GPU集群上展现出接近完美的扩展性能。
2024-01-05 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Wall-bounded flow over a realistically rough superhydrophobic surface
直接数值模拟（DNS）进行了两个有壁的流动配置：层流库埃特流在$Re=740$和湍流通道流在$Re_τ=180$，其中$τ$是在壁的剪切应力。顶壁是光滑的，底壁是由三维表面轮廓测量生成的真实粗糙的超疏水表面（SHS）。空气-水界面，这是假设是平坦的，使用体积的流体（VOF）的方法进行了模拟。研究了层流Couette流动与不同的界面高度$h$，以了解滑移和减阻（$DR$）的效果。在垂直于壁的方向上，表面粗糙度的存在被感觉到高达通道高度的$40\%$。在三个不同的区域观察到$DR$对$h$的非线性依赖性。DNS结果用于获得作为$h$的函数的气体分数$ϕ_g$的非线性曲线拟合，其中$ϕ_g$确定暴露于流的滑移面积的量。幂律线性回归拟合用于获得作为$ϕ_g$的函数的$b_{eff}$。对于湍流槽道流，流场的统计数据进行比较，以了解粗糙度和$h$的影响。两个界面高度，$h=h_{rms}$和$h=h_{max}$模拟研究其对流动的行为，其中$h_{rms}$和$h_{max}$分别是均方根和最大峰值的粗糙度高度的影响。结果表明，在空腔中存在的被困空气显着改变近壁流动物理。完全润湿粗糙度增加湍流强度的峰值，而界面的存在抑制它们。总的来说，界面和微凸体之间存在竞争效应，界面抑制湍流，而微凸体增强湍流。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Subnanometer imaging and controlled dynamical patterning of thermocapillary driven deformation of thin liquid films
探索和控制决定液体电介质薄膜形貌的物理因素是物理学、应用数学和工程学研究领域的一个重要课题，也是许多技术进步的一个关键方面。液体介质薄膜形貌的可视化和局部厚度测量是表征和解释底层过程的重要工具。然而，通过标准光学方法实现相对于亚纳米厚度变化的高灵敏度是具有挑战性的。我们提出了一种组合成像和光学图案化投影平台，该平台能够光学诱导薄液体介电膜中的动态流动，并等离子体地解决由此产生的形貌和厚度的变化。特别是，我们采用流体中的热毛细效应作为一种新的基于热的方法来调谐等离子体共振和可视化薄液体介电膜中的动力学过程。所提出的结果表明，光诱导的热毛细流动可以形成和翻译液滴和创建压痕图案的需求在薄的液体介电薄膜的亚波长厚度和等离子体显微镜可以成像这些流体动力学过程沿垂直方向的亚纳米灵敏度。
2019-08-26 physics.flu-dyn physics.optics
A single parameter can predict surfactant impairment of superhydrophobic drag reduction
最近的实验和计算研究表明，痕量的表面活性剂，在实践中不可避免的，可以严重损害减阻的超疏水表面（SHS），诱导Marangoni应力在空气-液体界面。然而，预测模型的现实SHS的几何形状还不存在，这限制了理解和减轻这些不利的表面活性剂的影响。为了解决这个问题，我们推导出一个模型的层流，三维流SHS光栅的几何形状和可溶性表面活性剂的属性，其中包括10个无量纲组的函数。我们建立了光栅长度$g$是关键的几何参数，并预测实际和表面无滑移之间的比率随着$g^2$而增加。我们的模型的指导下，我们进行协同数值模拟和微流控实验，发现与理论的良好协议，因为我们改变表面活性剂类型和SHS的几何形状。我们的模型还能够估计，基于速度测量，在微流体系统中固有存在的表面活性剂的先验未知属性。对于SHS，我们表明，表面活性剂的影响可以预测由一个单一的参数，代表光栅长度和界面长度尺度之间的比率超过流动动员的空气-水界面。该移动长度对表面活性剂化学比其浓度更敏感，使得即使痕量水平的污染物如果具有高度表面活性，也可能显著增加阻力。这些发现推进了对现实界面流动的基本理解，并提供了最大限度地减少超疏水阻力的实用策略。
2023-02-14 physics.flu-dyn
Self-Similar Cusp Formation in Thin Liquid Films By Runaway Thermocapillary Forces
许多物理系统的动力学行为导致尖点形状，这代表了控制方程的奇异性。尖瓣尖端通常也表现出自相似性，表明尺度对称性在尺度变化时不变。当流体伸长的驱动力足够强以克服毛细作用的流平时，尖端形成甚至可以发生在液体系统中。然而，在文献中报道的几乎所有情况下，移动界面被假定为\textit{shear-free}，并且可操作力的方向仅与前进边界垂直。在这里，我们专注于一个系统中，一个细长的液体膜暴露于大的热毛细应力，以前的系统进行类似的微透镜阵列的线性不稳定性。我们演示了如何在非线性制度，这些表面力进行自相似失控行为导致尖点形成的锥形尖端，其斜率可以规定的解析关系推导。在一个基本的水平上，这一发现拓宽了我们的理解已知类别的流能够尖点的形成。更实际的是，提出的系统几何形状提供了一个潜在的新颖的光刻方法，一步非接触式制作尖突微阵列。
2018-08-02 physics.flu-dyn
Experimental evidence of slippage breakdown for a superhydrophobic surface in a microfluidic device
提出了一个完整的表征水流过硅超疏水表面与纵向微槽封闭在微流控装置。对接种有荧光被动示踪剂的流动的荧光显微镜图像进行数字处理，以测量超疏水表面的速度场以及液气界面的位置和形状。同时访问的弯月面和速度分布，使我们能够把一个严格的测试下的无剪切边界条件的液体-空气界面。令人惊讶的是，我们的测量结果表明，在表面空腔中的气穴可以维持非零的界面剪切应力，从而阻碍了表面的减摩能力。弯月面的位置和形状以及液体-空气界面摩擦对表面性能的影响分别进行评估和量化。
2014-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of two Interacting Drops in a Microfluidic Confinement under imposed Temperature Gradient
本文通过数值模拟研究微流控约束下两个相互作用液滴在均匀温度梯度下的热毛细迁移动力学，揭示约束、可变形界面和 Marangoni 效应耦合导致的独特变形与局部热流场变化。
2025-04-09 physics.flu-dyn
