Self-Propulsion of Boiling Droplets on Thin Heated Oil Films
我们报告的沸腾液滴的自推进，尽管他们的粘性，不混溶的油膜接触，达到高速度相媲美的悬浮莱顿弗罗斯特液滴。实验和模型表明，液滴推进起源于似乎完全不同的短期和长期的时间尺度的现象之间的耦合，由于在液滴-油界面的沸腾事件引起的微秒波动。这种现象的相互作用导致连续的不对称的蒸汽释放和动量转移的高液滴速度。
2022-03-01 physics.app-ph physics.flu-dyn
Effects of crossflow velocity and transmembrane pressure on microfiltration of oil-in-water emulsions
本研究探讨了亲水性多孔膜去除水中石油的问题。水包油分散体的有效分离涉及通过膜的高水通量，同时油相的高截留率。通过求解纳维-斯托克斯方程，研究了跨膜压力和错流速度对不同截面孔隙对油滴和薄油膜截留率的影响。我们发现，在没有交叉流的情况下，临界跨膜压力，这是所需的油滴进入一个圆形孔的给定的表面亲水性，同意与分析预测的基础上的杨-拉普拉斯方程。随着错流速度的增加，油滴的形状在孔入口附近强烈变形，渗透临界压力增加。我们确定了数值相图的液滴排斥，渗透，和破碎的跨膜压力和剪切速率的依赖。最后，通过数值模拟椭圆形和矩形孔上连续油膜的临界压力的解析表达式的孔隙横截面的几何参数进行验证。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Interactions of a collapsing laser-induced cavitation bubble with a hemispherical droplet attached to a rigid boundary
研究空化气泡与刚性边界上半球形油滴的相互作用，通过实验和理论模型揭示四种典型相互作用模式，并基于Weber数和各向异性参数确定相互作用区域。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Lubrication effects on droplet manipulation by electrowetting-on-dielectric (EWOD)
电润湿具有实现独立的护理点（POC）设备的潜力。在这里，我们报告油注入电润湿介质（EWOD）基板上的液滴迁移特性。我们制备稀疏的微柱来保留油层，以利用该层作为润滑膜。建立了液滴速度的物理模型，并讨论了润滑、油粘度、液滴体积以及固体和液体介质层厚度对液滴速度的影响。结果表明，液滴速度与E的平方成正比，而与液滴在重力作用下沿表面滑动时的E的立方关系不同。此外，我们的设备在15 V的施加电压下实现了1 mm/s的液滴速度。该速度大约是基于多孔结构的液体注入表面上相同条件（施加电压和油粘度）的10倍。所实现的高速度是由润滑流动效应来解释的。
2022-11-02 physics.flu-dyn
Oil droplet behavior at a pore entrance in the presence of crossflow: Implications for microfiltration of oil-water dispersions
通过求解纳维-斯托克斯方程，数值研究了在近流诱导剪切作用下，钉扎在喷嘴入口处的油滴的行为。我们发现，在没有交叉流的情况下，所需的临界跨膜压力，迫使液滴进入孔是在很好的协议与基于杨拉普拉斯方程的理论预测。随着剪切速率的增加，渗透的临界压力增加，并且在足够高的剪切速率下，油滴破碎成两段。数值模拟结果表明，低表面张力、高油水粘度比和大液滴尺寸有利于液滴在孔隙入口处破碎，但对接触角的大小不敏感。使用简单的力和扭矩平衡参数，由于横流和破碎毛细管数的临界压力增加的估计，并得到验证不同的粘度比，表面张力系数，接触角，和滴孔径比。
2013-06-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporating pure, binary and ternary droplets: thermal effects and axial symmetry breaking
希腊开胃酒Ouzo不仅以其独特的茴香风味而闻名，而且当加入水时，它能够从透明的可混溶液体变成乳白色的乳液。最近，已经表明，这种所谓的乌佐效应，即油微滴的自发乳化，也可以通过蒸发的固着乌佐液滴中的乙醇的优先蒸发来触发，导致具有多个相变的令人惊讶的丰富干燥过程[H. Tan等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113（31）（2016）8642]。由于接触线附近的蒸发增强，油滴的成核在边缘处开始，这导致油环环绕液滴。此外，油滴通过快速溶质Marangoni流平流通过Ouzo滴。在这篇文章中，我们调查蒸发的混合物液滴更详细，通过连续增加混合物的复杂性，从纯水超过二元水-乙醇混合物的三元乌佐混合物（水，乙醇和茴香油）。特别是，轴对称和全三维有限元方法模拟已经进行了这些液滴讨论的热效应和复杂的流动液滴驱动的相互作用的优先蒸发，蒸发冷却和溶质和热Marangoni流。通过使用图像分析技术和微型PIV测量，我们能够比较数值预测的体积演变和速度场与实验数据。通过共聚焦显微镜进一步研究了Ouzo液滴。结果表明，油环的出现主要是由于聚结。
2017-06-21 physics.flu-dyn
Surfactant-assisted spreading of an oil-in-water emulsion on the surface of a liquid bath
这段流体动力学视频展示了由离子表面活性剂稳定的水包油乳液如何在纯水层的自由表面上展开。这种扩散显示出两个有趣的特征：油滴源周围有一个透明区域，一旦油滴源排空，油滴层就会迅速收缩。我们表明，蔓延的动力学与表面活性剂的界面/本体性质密切相关。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Direct observations of rising oil droplets deformed by hydrocarbonoclastic bacteria
本研究利用特制流体动力学跑步机直接观察食烃细菌对上升油滴的变形作用，发现细菌定殖显著减缓油滴上升速度并产生下沉的生物聚集体颗粒，为改进原油泄漏传输模型提供了新见解。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Generation of Single, Monodisperse Compound Droplets
在这些流体动力学视频中显示了单个单分散化合物液滴的生成。在设计用于产生单一化合物液滴的设备中，压电隔膜从电压波形输入产生压力脉冲以喷射液滴。在所提出的方法中，允许油流入水喷嘴，压力脉冲将两种流体作为复合液滴喷射。进行实验以证明水压的变化如何影响化合物液滴组成。结果表明，随着水压力的增加，复合液滴的油层厚度减小。
2010-10-13 physics.flu-dyn
Effect of dispersants on bacterial colonization of oil droplets: a microfluidic approach
不混溶油的细菌生物降解需要细胞液滴接触、表面附着和烃代谢。化学分散剂被应用于溢油，以减少平均分散液滴的大小，从而增加附着的可用表面积，以促进细菌的生物降解。然而，它们的有效性仍然存在争议，因为研究表明，分散剂可以抑制，增强或对生物降解没有影响。因此，问题仍然存在于分散剂是否影响表面附着或细胞活力。在这里，使用微流控和延时显微镜，我们直接观察附着和生长的海洋细菌，\emph{Alcanivorax borkumensis}，在静止的原油液滴（$5$ \textmu m $< R < 150$ \textmu m）在Corestin 9500的存在下。我们发现，平均殖民时间，或时间组成的遭遇，附件，和增长，是依赖于液滴的大小，主要是由扩散的遭遇。我们的研究结果表明，分散剂不抑制或增强这些生物物理过程。
2022-01-31 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Can Oil Float Completely Submerged in Water?
两种或两种以上不混溶流体体系中液滴的形成是流体力学界的一个著名研究课题。在这项工作中，我们提出了一个创新的现象，当油滴注入一池水移动到空气-水界面，它漂浮在一个完全淹没的条件。然而，该配置是不稳定的，并且对系统的轻微扰动会导致液滴在部分浸没的条件下破裂并漂浮。使用边缘检测来分析液滴轮廓。使用MATLAB图像处理分析了液滴特征长度的时间变化。小Bond数约束建立了细间隙润滑状态假设。一个简短的理论公式也显示了间隙厚度的时间变化
2013-11-24 physics.flu-dyn
Evaporation of water-in-oil microemulsion droplet
本研究探讨水包油微乳液液滴的蒸发行为，通过声悬浮与激光加热实验，揭示水与表面活性剂摩尔比及分散相体积分数对蒸发三个阶段的调控作用，并提出反映组分挥发性的参数η，最终观察到固体球形壳的屈曲形态。
2024-08-28 physics.flu-dyn
Vaporization dynamics of a super-heated water-in-oil droplet: modeling and numerical solution
本文通过耦合气泡生长运动方程与相变热力学及对流传热方程，建立了过热液滴蒸发的半解析模型，揭示了不同过热条件下热物性对蒸发速率的影响及完全蒸发时的气泡过冲现象。
2024-04-26 physics.flu-dyn
HUVECs-encapsulation via Millimeter-sized Alginate Droplets
提出改进的液滴微流控技术生成毫米级海藻酸盐液滴，通过PMMA疏水层提升液滴形成质量，并验证封装HUVECs的液滴能促进成纤维细胞单层恢复，拓展了微流控在组织工程中的应用。
2023-09-14 physics.flu-dyn
Electrophoretic mobility of a water-in-oil droplet separately affected by the net charge and surface charge density
本文通过德拜-休克尔线性化解析研究油包水液滴电泳迁移率，发现其分别受净电荷和表面电荷密度影响，并揭示内部双电层对电泳的反向贡献，结合文献实验数据验证了理论。
2023-05-25 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Studying Macro- and Mesoscopic Wetting Dynamics of a Spreading Oil Droplet Using Multiple Wavelength Interferometry
本研究提出一种基于多波长的干涉测量技术，能够精确捕获纳升级铺展液滴的瞬态自由表面轮廓与局部液膜厚度，并可靠测量不同毛细管数下随时间变化的三维液滴形状及接触角。
2023-09-21 physics.flu-dyn
High-Speed Imagery Analysis of Droplet Impact on Van der Waals and Non-Van der Waals Soft-Textured Oil-Infused Surfaces
Indian Institute of Technology (IIT) Goa（印度果阿理工学院）
研究通过高速影像分析液滴撞击不同表面功能化处理对液滴撞击行为的影响，发现油吸收能力影响液滴反弹性能，SO-5cSt油能稳定润滑层促进完全反弹，而十六烷油则随时间逐渐失去油导致反弹性能下降。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Spatiotemporal characterization of emergent behavior of self-propelled oil droplet
本研究通过实验和数值方法分析了水表面活性剂溶液中油滴的类生命自发运动行为，利用数据驱动的非参数动力系统分析揭示了其低维和非线性特征，并证明二维 Langevin 方程能有效重现实验观察结果，为弥合非生命与生命行为之间的差距提供了模型途径。
2024-12-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spreading and absorption of silicone oil droplets on silicone elastomer films
McMaster University（麦克马斯特大学）；University of Guelph（圭尔夫大学）；ESPCI Paris, PSL Research University（巴黎高等物理化工学院，PSL研究大学）
研究硅油液滴在软硅弹性体薄膜上的扩散与吸收行为，揭示了薄膜厚度变化对扩散动力学的影响。
2026-01-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A bouncing oil droplet in a stratified liquid and its sudden death
当液滴浸入存在浓度梯度的另一种液体中时，液滴可以自推进。在这里，我们报告的实验和数值研究的自推进油滴在垂直分层的乙醇/水混合物：首先，液滴下沉缓慢，由于重力，但然后，在达到其密度匹配的位置，突然跳起来。更值得注意的是，液滴反弹反复不断增加的跳跃距离，直到突然停止后约30分钟。我们确定的Marangoni应力在液滴/液体界面负责跳跃：其强度呈指数增长，因为它拉下富含乙醇的液体，这反过来又增加了它的强度甚至更多。跳跃过程可以重复，因为重力恢复了系统。最后，还解释了跳跃液滴的突然死亡。我们的研究结果表明，一种类型的突出液滴反弹内连续介质没有壁或尖锐的界面。
2018-12-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tertiary EOR-like microfluidic experiments: influence of viscosity ratio on oil clusters mobilization
本文通过微流控实验研究黏度比对水驱后油簇运移的影响，发现提高注入甘油/水混合物黏度主要通过促使油团破碎为可运移的液滴和油块来显著降低残余油饱和度，并将过程分为油团破碎与油体输运两个阶段。
2025-01-04 physics.flu-dyn
Flow coupling between active and passive fluids across water-oil interfaces
被油包围的活性液滴可以自发地形成循环流动。然而，周围石油的动力学及其对活性流体的影响仍然知之甚少。为了研究主动流体和被动油之间在它们的界面上的相互作用，将驱动蛋白驱动的基于微管的主动流体液滴浸入油中并压缩成圆柱状形状。液滴的几何形状支持intradroplet循环流动，但循环被抑制时，围绕液滴的油层的厚度减少。示踪剂和网络结构分析和连续介质模型的基础上的动力学的自伸长杆的实验表明，流动过渡导致的流动耦合之间的界面的活性流体和油，与毫米级的耦合长度。此外，还开发了两种新型的毫流体装置，可以实时触发和抑制液滴内循环流动：一种是通过改变周围油层的厚度，另一种是通过局部变形液滴。这项工作突出了界面动力学在主动流体液滴系统中的作用，并表明液滴内的循环流动可以受到主动流体和油之间的界面上的毫米级流动耦合的影响。
2021-05-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamic-colloidal interactions of an oil droplet and a membrane surface
了解液滴和膜之间的流体动力学应力和胶体相互作用的影响将为更好地设计膜表面和工艺条件提供信息。使用长波流体动力学描述，结合润湿性和静电排斥，我们数值研究液滴形状和膜特性对膜表面的整体排斥吸引力的影响。一个稳定的相图分类稳定-不稳定的液滴形状和调查是否有可逆的沉积液滴到膜上。
2020-03-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
On explosive boiling of a multicomponent Leidenfrost drop
多组分燃料滴的气化在各种能源相关技术中是相关的。与此过程相关的一个有趣的现象是液滴的自诱导爆炸，产生大量较小的二次液滴，这促进了整体燃料雾化，因此提高了燃烧效率并减少了液体燃料发动机的排放。在这里，我们研究了一个独特的爆炸性气化过程的三组分液滴组成的水，乙醇和油（“茴香酒”），通过高速监测整个气化事件发生在控制良好，悬浮莱顿弗罗斯特状态过热板。据观察，最易挥发的组分，乙醇的优先蒸发，触发成核的油微滴/纳米滴在剩余的下降，这，因此，成为一个不透明的水包油微乳液。微小的油滴随后聚结成一个大的油滴，反过来又包裹住残余的水。由于包封的油层，液滴不能再产生足够的蒸汽使其悬浮，因此，液滴下落并接触过热的表面。直接的热接触导致液滴内部形成蒸汽泡，并因此在最后阶段液滴爆炸。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Oscillation and collective conveyor of water-in-oil droplets by microfluidic bolus flow
微流控技术已得到广泛发展，以实现在一个小芯片的微全分析系统。对于微观分析，磁力通常被用于捕获物体，但是流体动力学尽管与斑图形成相关，但很少被探索。在这里，我们报告，油包水（W/O）液滴可以在其他大的W/O液滴阵列的网格中运输。当每个液滴接近大液滴阵列的间隙时，同时表现出持续的来回运动，其以等于液滴阵列的速度被输送。我们确认的外观封闭流线的数值模拟，这表明一个漩涡状的流参与捕获的液滴。此外，一个以上的液滴也被输送作为一个有序的集群与动态重新定位。
2015-08-05 nlin.PS physics.bio-ph physics.flu-dyn
Deformation dynamics of an oil droplet into a crescent shape during intermittent motion
本研究针对含樟脑和油红O的石蜡液滴在水面的间歇新月形变形运动，通过定量分析与悬滴法测量，揭示了界面张力变化与樟脑流出驱动力降低共同作用的机制。
2024-10-05 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Stretching Folding Instability and Nanoemulsions
在这里，我们展示了使用硅油（100cSt）和水的微流体流动聚焦装置中的折叠-拉伸不稳定性。这段流体动力学视频演示了两股水流聚焦在一条振荡的油线上。我们展示了这些振荡的几个高速序列，速度为30，000帧/秒。一旦线在下游的较慢移动的池中减速，不稳定性就会发生，并且形成油包水液滴。我们以500，000帧/秒的速度揭示夹断的细节。夹断是如此的可重复，以至于出现复杂的液滴图案。一些液滴低于分辨率极限，因此直径小于1微米。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Electric-field-induced turbulent energy cascade in an oil-in-oil emulsion
我们观察到电流体动力驱动的湍流在低雷诺数的双流体乳液组成的微米级液滴。在存在电场的情况下，液滴产生相互作用的流体动力学流动，这导致在比单个液滴的尺寸大得多的空间尺度上的动态组织。我们的特点与这些结构的动态视频成像和同时，在原位，测量的时间变化的体积雷诺应力与流变仪。结果表明，在空间和时间的能量谱标度不变性。
2014-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Airborne Ouzo: Evaporation-induced emulsification and phase separation dynamics of ternary droplets in acoustic levitation
本研究通过实验探究声悬浮Ouzo三元液滴的蒸发动力学，揭示其蒸发的四个阶段并分析乳化过程，证明声悬浮适用于空中物理化学操控。
2023-12-20 physics.flu-dyn
Deformation modes of an oil-water interface under a local electric field: From Taylor cones to surface dimples
流体界面在足够强的电场下分解，导致电流体动力学（EHD）尖端流。泰勒锥，从锥尖的尖端发射带电液滴，是EHD不稳定性中最突出和研究最充分的例子。在液-液系统中，可以观察到比简单的泰勒锥更复杂的界面变形模式，界面被推离电极，并且从凹坑的边缘出现额外的锥结构。在这篇文章中，我们调查这些变形模式背后的机制，实验和数值模拟，并证明液滴的存在触发界面处的凹坑。为了表征基本过程，我们用具有规定电解质体积流量的中空金属针代替针电极。浸没式电喷雾将具有不同离子浓度的KCl水溶液的液滴引入具有不同粘度的硅油中。通过测量相应的电流和光学调查的界面变形，我们研究了系统响应的离子浓度，粘度，外加电压以及流速的变化。除了实验，我们使用有限元求解器和计算由于油相中的液滴的电荷传输。进一步计算了流场、电势分布和界面变形。在我们的模型与粒子跟踪测速数据的油相内的流动校准后，我们重现实验观察到的酒窝在液-液界面。总之，这项工作突出了当液-液界面暴露于局部电场时观察到的复杂动态模式的带电液滴的重要性。
2022-01-04 physics.flu-dyn
Resonant and rolling droplet
当油滴被放置在静止的油浴上时，它最终由于重力而塌陷到油浴中。当浴垂直振动时，可以消除所产生的聚结。液滴在熔池上周期性地弹跳，并且液滴和熔池之间的空气层在每次弹跳时被补充。当强制加速度高于阈值时，实现这种持续的弹跳运动。当液滴具有足够低的粘度时，其显著变形：球谐\boldmath{$Y_{\ell}^m$}模式被激发，导致阈值加速度曲线上的共振效应。实际上，当激发具有$m=0$的$\ell$模式时，需要较低的加速度。发现模式$m \ne 0$降低了液滴的弹跳能力。当激励模式$\ell=2$和$m=1$时，液滴在振动表面上滚动而不接触它，导致新的自推进模式。
2008-06-30 physics.flu-dyn
Global and local statistics in turbulent emulsions
湍流乳状液是一种复杂的物理系统，其特征是小尺度液滴和大尺度流变学之间存在强烈的动力学耦合。通过使用一个专门设计的泰勒-库埃特（TC）剪切流系统，我们能够表征的湍流乳液的统计特性的油滴分散在乙醇-水连续溶液中，在油的体积分数高达40%。我们发现，液滴尺寸的依赖关系的雷诺数的流量在体积分数为1%，可以很好地描述Hinze的标准。液滴尺寸的分布被发现遵循对数正态分布，暗示在破碎过程作为可能的机制主导液滴形成。湍流乳状液的有效粘度随分散油相体积分数的增大而增大，随剪切强度的增大而减小。我们发现，有效粘度对剪切速率的依赖性可以描述的Herschel-Bulkley模型，与流动指数单调下降，随着增加的石油体积分数。这一发现表明，剪切稀化的程度系统地增加与分散相的体积分数。目前的研究结果有重要的意义，桥梁湍流和低雷诺数乳化液流的湍流乳化液流的知识。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Mixing and solvent exchange near the turbulent/non-turbulent interface in a quasi-2D jet
本文通过实验研究准二维湍流射流中溶剂交换与混合的相互作用，揭示油滴成核在湍流/非湍流界面附近的发生与演化规律，并首次基于乙醇浓度和三元相图建立湍流溶剂交换模型。
2023-04-14 physics.flu-dyn
Splitting droplet through coalescence of two different three-phase contact lines
两相以上的运动接触线决定了大量的界面现象。尽管其重要性的基础和应用过程中，接触线在四相（两个不混溶的液体，固体和气体）的交界处已被解决，只有在少数调查。在这里，我们报告了一个有趣的现象，以下四个阶段的油，水，固体和气体接触后，通过两个不同的三相接触线的合并。我们结合实验研究和理论分析，揭示和合理化的动力学表现在一个微米级的油滴的接触线和一个毫米级的水滴，覆盖在基板上的油滴的后退接触线之间的合并。我们发现，合并后的四相接触线形成了一个短暂的时间。然而，这种四重接触线并不稳定，导致“液滴分裂”效应，并最终将油滴从水滴中排出。然后，我们表明，不同阶段之间的界面张力和油滴的粘度决定的分裂动力学。更粘稠的油显示出对由四重接触线的不稳定性引起的液滴的极端变形的更高的抵抗力，并且对于这种情况没有观察到液滴排出。
2020-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Physical mechanisms for droplet size and effective viscosity asymmetries in turbulent emulsions
在Taylor-Couette（TC）湍流剪切流动中，通过改变油的体积分数，研究了乳状液的微观液滴尺寸和宏观流变性。尽管此处乳液中的油和水具有几乎相同的物理性质（密度和粘度），但出乎意料地，我们发现水包油（O/W）和油包水（W/O）乳液具有非常不同的流体动力学行为，即，这个系统显然是不对称的。从微观尺度看，无论是O/W还是W/O，液滴平均直径几乎不随油体积分数变化。然而，对于W/O，它比O/W大约50%。在宏观尺度上，O/W的有效粘度比W/O的高。这些不对称行为可以追溯到系统中的表面活性污染物的存在。通过引入高浓度的油溶性表面活性剂，我们显着地恢复了O/W和W/O乳液之间的对称性（液滴尺寸和有效粘度）。在此基础上，我们提出了一个可能的机制负责初始不对称性。接下来，我们讨论是什么设置湍流乳液中的液滴尺寸。我们发现了一个-6/5缩放依赖的液滴大小的雷诺数的流动。结合标度依赖性和液滴韦伯数，我们得出结论：决定液滴尺寸的液滴破碎发生在边界层内，并由Levich（1962）提出的平均流梯度引起的动压控制，而不是Kolmogorov（1949）提出的湍流波动引起的动压控制。本研究结果提供了一个理解的微观液滴的形成和宏观流变行为的动态乳化，并连接它们。
2022-01-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydration lubrication of polyzwitterionic brushes leads to nearly friction- and adhesion-free droplet motion
近年来，在疏油超疏油表面的设计和应用方面取得了很大的进展。聚两性离子刷表面特别令人感兴趣，因为它们即使在没有微米/纳米结构的情况下也能够在水下排斥油。这种水下超疏油性的起源是由于油滴下面存在稳定的水膜，但这还没有得到实验证明。在这里，使用光学干涉技术，我们表明，油滴有效地水上飞机在水膜，其厚度为100和数百纳米之间。此外，使用定制的液滴力装置，我们测量的摩擦力和粘附力在nN范围内的毫米级液滴。这些力远低于其他类型的公知的液体排斥表面，包括莲花效应和润滑剂注入表面，其中典型的力为$μ$ N的量级
2019-07-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling the impact of dilution on the microbial degradation time of dispersed oil in marine environments
分散剂有助于原油质量的分解，并增加细菌降解海洋环境中不溶性烃的可用界面表面积。然而，这种普遍的观点忽略了细菌和油滴之间的微观相互作用的关键方面，特别是这些元素之间的接触，这些元素是发生降解所必需的。本章讨论了在自然环境中发生的快速稀释条件下悬浮油滴的碳氢化合物消耗的生物物理模型。该模型的基础上，其中包括典型的生物生长参数，稀释被发现产生一个有效的延迟约一周的生物降解的开始。由于稀释，油浓度的稳定和快速降低被发现超过了由降解油滴的定殖产生的油降解细菌的产生，从而使该过程保持在细菌限制的状态。该机理模型为更好地理解稀油环境中的微尺度生物降解提供了基线，并有助于为海洋系统中的缓解策略设计提供信息。
2019-08-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Numerical insights from population balance model into the distribution of bitumen residues in industrial horizontal pipes during the hydrotransport of oil sands tailings
本研究采用耦合PBM的三维瞬态欧拉-欧拉CFD模拟，探究油砂尾矿水力输送管道内沥青残渣分布规律，验证模型准确性并揭示流速、沥青含量、气泡尺寸对分布的影响，为优化沥青回收工艺提供支撑。
2024-01-31 physics.flu-dyn
Bursting Drops
本研究揭示油滴在液—气界面破裂时的反向射流与主体内子液滴生成机制，阐明黏度和微粒的抑制作用，并展示其在 Pickering 液滴、双重乳液及雨滴撞膜研究中的应用。
2024-10-28 physics.flu-dyn
Elastocapillary morphing of self-encapsulated droplets floating at the oil-air interface
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Zhejiang University（浙江大学）；SISSA – International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
研究通过实验、建模和模拟揭示了自封装液滴在蒸发过程中形状变化的机制，提出了基于总自由能的力学框架，预测了液滴形态演变及应力分布。
2026-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplets moving on a fluid surface: interference pattern from two slits
用替代参数代替普朗克常量，发展了求解液滴沿硅油表面运动的费曼路径积分方法。后者与硅油的表面张力乘以将液滴与油分离的薄空气膜的面积以及法拉第振荡的半周期成比例。结果表明，当替代参数代替普朗克常量时，纳维-斯托克斯方程与质量守恒方程一起可化为薛定谔方程.费曼路径积分的基础上的薛定谔方程，然后使用计算的波函数的德布罗意导波的作用。
2013-10-18 physics.flu-dyn quant-ph
The critical pressure for microfiltration of oil-in-water emulsions using slotted-pore membranes
通过数值求解纳维-斯托克斯方程，研究了几何参数和流体性质对微油滴渗透到狭缝孔中的临界压力的影响。我们考虑一个长槽孔，这是部分阻塞的油滴，但允许有限的渗透通量。从力平衡模型获得临界渗透压力的分析估计，该力平衡模型涉及来自液滴周围的流动的拖曳力和表面张力力以及孔内的压力变化。结果表明，临界压力随油水粘度比、表面张力系数、接触角和液滴半径的变化规律与理论预测吻合较好。结果表明，临界渗透压力与表面张力系数呈线性关系，当粘度比或液滴半径足够大时，临界渗透压力接近饱和。这些研究结果是非常重要的优化设计和提高性能的微滤系统与槽孔。
2018-05-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Computational fluid dynamics investigation of bitumen residues in oil sands tailings transport in an industrial horizontal pipe
油砂尾矿中的沥青残留物可能对环境构成威胁，因此在处置前将其与尾矿分离至关重要。然而，尾矿浆中的低沥青浓度和四相混合物的复杂输送特性使得该过程困难。建立了工业规模油砂尾矿管道的欧拉-欧拉CFD模型。对载体-固体和固体-沥青拖曳模型的选择进行了全面的敏感性分析。小颗粒尺寸和大颗粒尺寸的组合（即，75和700 μ m）和沥青液滴尺寸（即，400 μ m）在速度分布和压降方面与现场数据具有良好的一致性。随后将验证的模型扩展到研究第二阶段的影响（即，沥青液滴和气泡）对尾矿管道中流动特性的影响。研究范围包括沥青液滴尺寸（100-400 μ m）、沥青分数（0.0025-0.1）、气泡尺寸（5-1000 μ m）和气泡分数（0.0025-0.3），并揭示了它们对速度、固体和沥青分布的影响。对于500 μ m的最佳气泡尺寸，从管道横截面的顶部50%获得59%的最大回收率，从管道横截面的顶部75%获得83%的最大回收率。本研究表明，沥青的优先分布，并提供了有价值的见解沥青回收工业规模的尾矿管道。
2022-10-28 physics.flu-dyn
Evaporation-triggered microdroplet nucleation and the four life phases of an evaporating Ouzo drop
蒸发液滴在自然界和技术中无处不在，例如在喷墨打印、涂覆、材料沉积、医疗诊断、农业、食品工业、化妆品或液体溢出中。虽然在过去的二十年里，人们已经深入研究了纯液体、具有分散颗粒的液体或甚至液体混合物的蒸发，但是还没有探索具有不同挥发性和互溶度的液体的三元混合物的蒸发。在这里，我们表明，这种三元混合物的蒸发可以触发一个相变和混合物的组成部分之一的微滴的成核。作为模型系统，我们选择了一个固着的乌佐液滴（从日常生活中已知-水，乙醇和茴香油的透明混合物），并揭示和理论上解释其四个生命阶段：在第一阶段，球形帽状液滴保持透明，而更易挥发的乙醇蒸发，由于那里的奇异性，优先在滴的边缘。这导致局部乙醇浓度降低，并相应地导致油滴在那里成核。这是第二阶段的开始，在第二阶段中，油微滴在整个液滴中迅速成核，导致其乳白色，这是所谓的“Ouzo效应”的典型代表。一旦所有乙醇蒸发，现在具有特征性非球形帽形状的液滴再次变得清晰，水滴位于油环上（阶段III），完成相转化。最后，在第四阶段，所有的水都蒸发了，留下一个微小的球形油滴。
2017-06-05 physics.flu-dyn
Smoothed Particles Hydrodynamics numerical simulations of droplets walking on viscous vibrating liquid
本文采用光滑粒子流体动力学数值方法，通过流体动力学数值模拟，研究了液滴“行走”现象。这种现象发生在当一个毫米级的液滴被释放到相同成分的油的表面上时，该油被包含在一个罐中，并且受到频率和幅度非常接近法拉第不稳定性阈值的垂直振荡。在所研究的系统的参数的适当值，油滴跳跃永久的振动液体的表面上形成一个本地化的波粒子系统，提醒德布罗意所建议的波粒子量子系统的行为。在我们的研究中，我们做了相关的简化假设，但我们观察到波降耦合是肯定得到的。此外，液滴和波以几乎恒定的速度行进，如在实验中观察到的。这些事实表明，这种现象可能发生在许多情况下，并打开了在非常广泛的物理配置中研究它的可能性。
2017-08-16 physics.flu-dyn
A Population Balance Model for Large Eddy Simulation of Polydisperse Droplet Evolution
在湍流多相流的许多应用的背景下，分散相尺寸分布及其演变的知识对于预测重要的宏观特征至关重要。我们使用人口动力学模型的多分散液滴分布，特别是适应LES框架，包括由于湍流的液滴破裂模型，忽略聚结。在雷诺平均Navier-Stokes框架中使用的早期方法之后，由于湍流波动而导致的液滴破裂通过处理液滴涡流碰撞来模拟，如气体动力学理论中那样。为了也模拟较小的液滴可比或小于柯尔莫哥洛夫尺度，我们扩展了破碎内核使用的结构函数模型，平滑过渡的惯性到粘性范围。该模型包括一个无量纲系数，通过比较一维模型的预测与破碎波下油滴破碎的实验室实验来拟合。在轴对称射流中的油滴的测量的一维模型的初步比较后，然后将其应用于在横流中的射流的三维LES中，在射流的源处释放具有单一尺寸的大油滴。我们使用离散液滴尺寸的$N_d =15$箱模拟浓度场，并求解每个箱的标量输运方程。将所得液滴尺寸分布与已发表的实验数据进行了比较，得到了较好的相对尺寸分布。LES结果还使我们能够量化粒度分布的变异性。我们发现，关键量的概率分布函数，如油滴的总表面积和Sauter平均直径是高度可变的，一些显示出强烈的非高斯间歇行为。
2019-08-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Breakup of oil slicks on wavy water surfaces
本研究提出水波运动在溢油扩散早中期影响显著的假设，通过薄膜近似证明水波促进浮油扩散、快速降低油膜厚度，该机制作为乳化前驱可加速溢油分散为乳状液滴。
2024-03-11 physics.flu-dyn
Crude Oil Displacement Enhanced by Interfacially Active Nanoparticles and Their Coupling Effect with Low-Salinity Brines
本研究探讨pNIPAM纳米颗粒增强原油驱替及其与低盐度卤水的耦合效应，发现与一价NaCl产生正向协同，显著提升原油去湿润动力学，为流体驱替提供新策略。
2024-06-27 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Modulating outcomes of oil drops bursting at a water-air interface
Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Illinois at Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校机械与工业工程系）
本研究通过引入亲水性粘土颗粒或利用有限厚度油膜，调控油滴在水-空气界面的破裂级联过程，并建立相图与理论判据，服务于油水分离和乳化稳定性控制。
2024-10-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A New Drop Fluidics Enabled by Magnetic Field Mediated Elasto-Capillary Transduction
本研究介绍一种新的液滴射流，它使用可变形和可拉伸的弹性膜作为平台，而不是通常使用的刚性支撑。这种浸渍有磁性颗粒的软膜可以用外部电磁场进行调制，该电磁场产生具有不同表面曲率的大量地形地貌，其与毛细作用结合，可以有效且准确地引导和控制水滴的运动。当油膜上有一薄层油时，局部变形，就形成了中心对称的楔形。置于该含油膜上的水滴变得不对称变形，从而在液滴内产生拉普拉斯压力梯度，使其运动。一个简单的理论，占液滴的速度在这样的几何变量作为液滴的体积和覆盖的软弹性体膜的油膜的厚度，以及这样的材料变量作为油的粘度和油-水界面的界面张力。使用良好的控制模型系统的理论结果的验证之后，我们演示了如何电磁控制的弹性毛细力可以用来操纵的弹性体膜的表面上的单个和/或多个液滴的运动，以及如何这样的基本操作，如滴融合和热寻址的化学转化可以在水液滴中进行。预期所得到的液滴射流将适合于通过简单地接通和断开施加在弹性体膜下方的不同位置处的电磁场来数字控制液滴运动。我们预计，这种引导和操纵水滴的方法准备在各种生化反应工程中应用，其中一个例子是聚合酶链式反应（PCR）。
2016-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Exploratory Study of Chaotic Behavior in Walking Droplets
Duke University（杜克大学）
研究行走液滴在超临界法拉第波中的混沌行为，通过实验验证其轨迹特征及毛细作用影响。
2025-11-30 physics.flu-dyn
Influence of Electrohydrodynamic on Droplet Stability in Leaky Dielectric Media
INSA Rouen Normandie, Univ Rouen Normandie, CNRS, Normandie Univ, CORIA UMR 6614（鲁昂诺曼底大学）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）
研究介电液体液滴在均匀电场下的变形动力学及内部电流体动力流，通过阴影成像和三维拉格朗日粒子追踪等方法，明确了不同电场强度下硅油滴在蓖麻油中的行为状态及相关特性。
2026-07-27 eess.SP physics.class-ph physics.flu-dyn
Marangoni-Induced Reversal of Meniscus-Climbing Microdroplets
由于不平衡的毛细力，位于油弯月面处的小水滴或颗粒通常爬上弯月面。在这里，我们介绍了一个大小依赖的逆转这种弯月面爬升的行为，在下面的基板冷却时，不同大小的液滴同时上升和下降的弯月面。我们表明，微观Marangoni对流细胞内的油弯月面负责这种现象。虽然相对较大的水微滴的动力学仍然由不平衡的毛细管力主导，因此上升的弯月面，较小的液滴由表面流携带，因此下降的弯月面。我们进一步证明，对流细胞的大小和方向取决于弯月面的几何形状和衬底温度，并引入修改后的Marangoni数，以及预测其强度。我们的研究结果提供了一种新的方法来操纵液滴的液体弯月面，可以在材料自组装，生物敏感传感和测试，或相变传热的应用。
2022-09-03 physics.flu-dyn
Monte-Carlo based model for the extraction of oil from oil-water mixtures using wetting and surface acoustic waves
本文提出一种基于蒙特卡洛的二维伊辛晶格气体模型，结合声流与声辐射压力模拟表面声波作用下水包油乳液的选择性油提取，揭示了声辐射压力在油膜形成与脱离中的关键作用，并与实验结果定性一致。
2025-04-08 physics.flu-dyn
