Sessile drop evaporation in a gap -- crossover between diffusion-limited and phase transition-limited regime
本文针对狭窄间隙中挥发性固着液滴的蒸发问题，建立了梯度动力学形式的介观薄膜模型，并通过与直接数值模拟和实验对比，揭示了扩散限制与相变限制蒸发状态之间的过渡机制。
2022-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrothermal waves in evaporating sessile drops
液滴蒸发是一种简单的蒸发现象，但其机理尚不清楚。科学界基于实验和数值工作的一个共同协议证明，大多数蒸发发生在三线。然而，由于缺乏对在蒸发下在液滴内部发展的对流单元的知识，蒸发速率仍然是凭经验预测的。固着液滴的蒸发比它看起来更复杂，这是由于与加热基底的传导、液滴内部的对流和传导以及与气相的对流和扩散的耦合。即使对于数值模拟，三相传热的耦合也会导致复杂的情况需要解决。我们提出了最近的实验流体动力学视频使用FLIR SC-6000加上10微米的分辨率的显微镜镜头，观察在红外波长的固着液滴的蒸发。3至5微米的范围适用于观察到的乙醇、甲醇和FC-72流体，因为它们对红外线都是半透明的。
2011-01-16 physics.flu-dyn
Hydrothermal waves in evaporating sessile drops (APS 2009)
这个流体动力学视频被提交到画廊的流体运动的2009年美国物理学会分部的流体动力学会议在明尼阿波利斯，明尼苏达州。液滴蒸发是一种简单的蒸发现象，但其机理尚不清楚。科学界基于实验和数值工作的一个共同协议证明，大多数蒸发发生在三线。然而，由于缺乏对在蒸发下在液滴内部发展的对流单元的知识，蒸发速率仍然是凭经验预测的。固着液滴的蒸发比它看起来更复杂，这是由于与加热基底的传导、液滴内部的对流和传导以及与气相的对流和扩散的耦合。即使对于数值模拟，三相传热的耦合也会导致复杂的情况需要解决。我们提出了最近的实验流体动力学视频使用FLIR SC-6000加上10微米的分辨率的显微镜镜头，观察在红外波长的固着液滴的蒸发。3至5微米的范围适用于观察到的乙醇、甲醇和FC-72流体，因为它们对红外线都是半透明的。
2009-10-23 physics.flu-dyn
Evaporation of dilute droplets in a turbulent jet: clustering and entrainment effects
湍流喷雾中的液滴蒸发涉及非定常、多尺度和多相过程，这使得它的理解和模型能力仍然有限。本工作的目的是研究液滴蒸发动力学内的湍流空间发展射流稀释，非反应条件。我们解决这个问题，使用直接数值模拟的射流充满丙酮液滴使用混合欧拉/拉格朗日方法的基础上点液滴近似。两个阶段的详细统计分析。特别是，我们展示了如何至关重要的是通过流动的液滴的不均匀本地化引起的汽相的优先采样。在湍流核心和混合层中，液滴的优先分离在入口下游突然发展。已经发现两种不同的机制来驱动这些现象，在射流核心的惯性小规模集群和间歇动力学的液滴穿过湍流/非湍流界面的混合层中的干空气夹带发生。这些现象强烈地影响了整个蒸发过程，并导致在湍流喷雾的下游演化中液滴尺寸和蒸发速率分布的显著加宽。
2017-03-17 physics.flu-dyn
Coalescence of Leidenfrost drops: Numerical simulations using the dynamic van der Waals theory
莱顿弗罗斯特效应描述了液滴在重力作用下漂浮在蒸汽垫上，这是由于下面的热基底引起的蒸发而在液-汽界面处产生的。实验观察到，当两个或更多个莱顿弗罗斯特液滴彼此接近时，存在可以防止聚结的短程排斥。在目前的工作中，我们调查的合并过程中，最初的动量小莱顿弗罗斯特滴。这是通过使用最近开发的动态范德瓦尔斯理论，其中的两相流体动力学与液体-蒸汽过渡耦合的液体和蒸汽的二维系统进行数值模拟。据证实，莱顿弗罗斯特下降经历了一个非常强大的短程排斥，由于在两个下降下的公共空间中的蒸汽的积累。该阻力以类似于来自单滴下的蒸气层的压力源力的方式缩放，与直觉一致，在模拟结果中看到良好的一致性。因此，存在阈值液滴尺寸，以便所施加的水平加速度克服排斥力，而预测只有非常小的液滴会经历显著的粘性效应。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of the interaction of multiple evaporating droplets on compliant substrates
本文通过润滑理论和有限元模拟，研究了软粘弹性基底上两个挥发性液滴的蒸发相互作用，发现基底和气相耦合决定吸引或排斥，马兰戈尼应力抑制吸引并延长寿命，中等刚度基底出现对称性破缺。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Instability driven by settling and evaporation in a shear flow: a model for asperitas clouds
通过二维和三维的直接数值模拟，我们研究了在[1]所示的乳房云形成的条件下，但增加了背景切变的情况下，水滴从饱和蒸汽的云层中沉降和蒸发到干燥的子云环境中所引起的不稳定性。我们表明，剪切改变云的形成类型的定性，从乳房状到一个新确定的云类型称为asperitas。中间水平的剪切被证明是必要的。切变抑制了小尺度扰动的增长，产生了平滑、持久的结构和较小的混合速率。三维显示，使一个质的差异，不像在乳房云。我们还表明，在非云状的条件下，不稳定性可以是非常不同的。
2021-11-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Key parameters for droplet evaporation and mixing at the cloud edge
液态水在无冰云中的分布决定了它们的辐射特性，这是天气和气候模型中不确定性的重要来源。蒸发和湍流混合导致云在液滴数密度上显示出较大的变化，但在液滴尺寸上显示出相当小的变化[Beals等人（2015）]。然而，直接数值模拟的云边缘附近的蒸发和混合的联合作用预测相当不同的行为，它仍然是一个悬而未决的问题，如何调和这些结果与实验结果。从云中液滴的观测快照中推断混合和蒸发的历史是具有挑战性的，因为云是瞬态系统。我们制定了一个统计模型，提供了一个可靠的描述的蒸发混合过程中看到的直接数值模拟，并允许推断观察到的液滴种群的历史的重要方面，突出工作中的关键机制，并解释观测和模拟之间的差异。
2021-02-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
The stability of slowly evaporating thin liquid films of binary mixtures
我们考虑由挥发性液体的二元混合物组成的薄液层的蒸发。混合物在加热的基底的顶部上并且与由与二元混合物相同的蒸气组成的气相接触。考虑了热毛细作用、溶液毛细作用和范德华相互作用的影响。我们推导出长波演化方程的自由界面和体积分数的二维稳定性的层受到上述耦合机制，并进行线性稳定性分析。我们的结果表明了两种不稳定模式，单调不稳定模式和振荡不稳定模式。我们补充我们的结果，从稳定性分析与瞬态模拟研究动态的非线性政权，并分析这些不稳定性如何随时间演变。更确切地说，我们讨论的相对挥发度的影响，以及热和溶质Marangoni效应之间的竞争定义的模式的不稳定性，由于优先蒸发的一个组件的液体层的蒸发过程中发展。
2020-08-24 physics.flu-dyn
Kinetic Monte Carlo and hydrodynamic modelling of droplet dynamics on surfaces, including evaporation and condensation
我们提出了一个格子气（广义伊辛）模型的固体表面上的液滴。模型中的时间演化包括两个过程：（i）由动力学蒙特卡罗算法确定的单粒子运动。这些将颗粒在表面上和液滴内的扩散以及蒸发和冷凝（即液滴与周围蒸汽之间的颗粒交换）纳入模型中。(ii)更大规模的集体运动，模拟平流流体动力学流体运动，通过考虑薄膜方程预测的动力学来确定。该模型使我们能够联系宏观量，如接触角和表面张力取决于微观粒子之间的相互作用参数，并与固体表面。我们目前的结果液滴加入，传播，滑动重力下，去湿，蒸发的影响，扩散和对流动力学的相互作用，以及如何所有这些行为取决于温度和其他参数。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stokes flow near the contact line of an evaporating drop
静滴在静止空气中的蒸发通常是由蒸气扩散控制的。对于低于$90^\circ$的接触角，来自液滴的蒸发通量倾向于在接触线附近发散。因此，描述蒸发液滴内部的流动仍然是一个挑战。在这里，我们专注于附近的钉扎接触线的渐近行为，通过解析求解任意接触角的楔形几何形状的斯托克斯方程。流场描述的相似性解决方案，与指数相匹配的奇异边界条件，由于蒸发。我们证明，有三个贡献的楔形体中的流动：蒸发通量，向下运动的液体-空气界面和满足均匀边界条件的本征模式的解决方案。在$133.4^\circ$的临界接触角以下，蒸发通量解将占主导地位，而在该角度以上，本征模式解占主导地位。我们证明，对于小的接触角，速度场是非常准确地描述了润滑近似。对于较大的接触角，流动分离成流动朝向液滴中心反向的区域。
2012-12-17 physics.flu-dyn
Interfacial-Thermo-Fluid-Adhesion Dynamics of Evaporating Capillary Bridges between Curved Surfaces
Motilal Nehru National Institute of Technology Allahabad（莫蒂拉尔·内鲁国立技术学院阿拉哈巴德分校）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
研究曲面间蒸发毛细桥的界面热流体粘附动力学，开发全耦合瞬态数值框架，综合分析多种因素影响，验证模拟方法，揭示蒸发特性受多种因素制约，明确马兰戈尼流主导及基板曲率等对毛细力和粘附力的影响。
2026-07-17 physics.app-ph physics.flu-dyn
Non-Precipitating Shallow Cumulus Clouds: Theory and Direct Numerical Simulation
我们模拟积云作为瞬态非绝热羽流，并提出了一个单流体配方的发展浅积云的动力学研究。流体，空气，携带水蒸气和液态水作为标量与流动平流。我们采用Boussinesq近似和一个简化形式的克劳修斯-克拉珀龙定律的相变。我们用这个公式来研究积云形成所需的环境条件。结果表明，环境温度直减率和环境相对湿度是决定积云形成的关键。在这两个参数的相空间中，我们确定了分离积云可以形成和不能形成的区域的边界。
2020-04-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Translation dynamics of evaporating sessile binary-mixture droplet populations
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；York University（约克大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
研究二元混合物液滴对的平移动力学，通过理论模型和实验验证，揭示了溶质马兰戈尼、毛细效应和热马兰戈尼共同决定液滴的吸引、排斥和追逐行为。
2026-10-20 physics.flu-dyn
How do cold pools influence the size of tropical cyclone embryos?
Nanjing University（南京大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出云链模型和QG方程耦合，推导出冷池影响TC胚胎大小的解析表达式，揭示冷池与对流起始的关系。
2025-12-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian supersaturation fluctuations at the cloud edge
本研究针对云滴蒸发过程中液滴参数与过饱和度局部关联的建模难题，推导了考虑该关联的统计模型，其预测与直接数值模拟结果定量吻合，可解释云边缘拉格朗日过饱和波动的关键机制。
2023-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Preferential concentration of cloud droplets: Coupled effects of phase change and gravitational settling
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
该研究建立分析理论，量化云滴惯性、重力沉降与相变的耦合效应，发现二维均匀热对流中相变通过沉降速度空间差异显著增强云滴优先聚集，流体变形会部分抵消该增强。
2026-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Connecting finite-time Lyapunov exponents with supersaturation and droplet dynamics in the bulk of a turbulent cloud
本研究在暖性无冰云层深处探讨湍流混合对液滴尺寸分布的影响，通过简化的云混合模型和三维直接数值模拟，将过饱和度场与液滴动力学及有限时间李雅普诺夫指数联系起来，发现云体内部蒸发混合均匀但过饱和度弛豫不均匀，且各参数分布呈高斯分布。
2024-03-19 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Global well-posedness for passively transported nonlinear moisture dynamics with phase changes
我们研究了一个温暖的云，已被用于克莱因和Majda作为深对流现象的多尺度渐近展开的基础上的水分模型。这些水分平衡方程对应于Kessler和Grabowski和Smolarkiewicz的精神中的体积微观物理学闭合，其中水以气态存在为水蒸气，以液相存在为云水和雨水。因此，它包含了相变冷凝和蒸发的封闭装置，以及云水自动转化为雨水的过程，以及通过下落的雨滴收集云水的过程。相变与大量的潜热相关，因此提供了与热力学方程的强耦合。本文假设速度场是已知的，严格证明了具有粘性、扩散和热传导的湿模型的整体一致有界解的存在唯一性。为了保证局部的适定性，我们首先需要建立线性抛物型方程的局部存在性结果，服从Robin边界条件的圆柱型域考虑。然后，我们推导出先验估计，证明最大值原理，使用Stampacchia方法，以及由Alikakos的迭代法获得一致有界性。蒸发项是幂律类型的，其指数通常小于或等于1，因此使得唯一性的证明更具挑战性。然而，这些困难可以通过引入新的未知数来规避，这些未知数满足源项中所需的取消和单调性。
2016-10-01 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
