Droplet breakup in homogeneous and isotropic turbulence
这段流体动力学视频展示了液滴在静止的均质各向同性湍流中的破碎。我们考虑具有相同密度的输送流体的液滴。液滴和流体的数值模拟的多分量格子玻尔兹曼方法的装置。湍流流体通过大尺度的搅拌力维持，并且对于我们模拟中的参数，稳定液滴的半径大于Kolmogorov尺度。液滴变形、破裂和聚集的事件从影片中清晰可见。利用本数据库，可以从欧拉和拉格朗日两个角度研究液滴的演化。液滴破碎的Kolmogorov-Hinze标准也可以通过模拟两种组分之间的不同粘度对比来测试。
2010-10-08 physics.flu-dyn
Droplet dynamics in homogeneous isotropic turbulence with the immersed boundary-lattice Boltzmann method
本研究开发了一种结合格子玻尔兹曼与浸没边界方法的数值方案，并引入网格正则化以模拟均匀各向同性湍流中小尺度液滴的动力学，报告了变形与取向的统计结果及与理论模型的对比。
2024-05-23 physics.flu-dyn
An effective correction method for droplet volume conservation in direct numerical simulation of droplet-laden turbulence
Shandong University（山东大学）；North University of China（中北大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Shandong Scitech Innovation Group Co., Ltd.（山东科创集团股份有限公司）
本文提出了一种改进的相场方程，通过引入曲率依赖的反扩散校正，实现液滴体积在湍流条件下的统计守恒，避免了传统方法的诸多问题。
2026-02-03 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in liquid-liquid two-phase Taylor-Couette turbulence
本研究通过界面分辨直接数值模拟，探究不同属性液滴对两相Taylor-Couette湍流的调制机制，揭示了液滴黏度、密度对阻力及湍动能输运的不同影响规律，为两相流湍流调控提供新认知。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Deformation of ellipsoidal droplets in homogeneous and isotropic turbulence
本文通过三维完全解析模拟基准数据，系统评估多种椭球模型在不同毛细数下描述均匀各向同性湍流中亚 Kolmogorov 尺度液滴变形的适用性。
2025-06-11 physics.flu-dyn
Dispersion and clustering of deformable droplets in turbulence
University of Washington（华盛顿大学）
本研究以航空喷雾燃烧为背景，采用HIT框架结合LPT方法，探究不同斯托克斯数液滴变形对湍流中分散与聚类的影响，发现变形影响依惯性 regime 变化，需考虑非稳态形状振荡以准确预测相关特性。
2026-08-14 physics.flu-dyn
The interaction of droplet dynamics and turbulence cascade
在Kolmogorov-Hinze框架中描述了湍流中液滴破碎的动力学。然而，当相之间的强相互作用和聚结变得相关时（这在大多数流动中很常见），在较高浓度下缺乏定量理论。在这里，我们解决这个问题，通过一个完全耦合的数值研究的液滴动力学在高雷诺数的湍流。通过时间-空间谱统计，目前无法访问的实验，我们表明，该过程的特征尺度，欣泽规模，可以精确地确定为规模的净能量交换，由于毛细作用是零。大于该尺度的液滴优先破碎，从流中吸收能量;相反，较小的液滴经历快速振荡，并倾向于合并，向流释放能量。此外，我们链接的液滴尺寸分布与湍流耗散的概率分布。这表明碎裂过程的关键是局部能量通量，它在大尺度上主导着碎裂过程，证明了碎裂过程的局部性。
2022-06-16 physics.flu-dyn
Droplet size distribution in homogeneous isotropic turbulence
本文采用基于多组分格子玻尔兹曼方法的高分辨率数值模拟方法，研究了统计平稳的均匀各向同性湍流中液滴破碎的物理过程。我们验证了Hinze（1955）提出的液滴破碎准则的有效性，并测量了不同雷诺数和不同体积分数下液滴半径的全概率分布函数（pdf）。通过拉格朗日跟踪，我们可以沿着它们的轨迹跟踪单个液滴，根据速度梯度定义局部韦伯数，并研究其与液滴变形的互相关。
2011-12-28 nlin.CD physics.flu-dyn
Evaporation of Finite-Size Ammonia and n-Heptane Droplets in Weakly Compressible Turbulence: An Interface-Resolved DNS Study
本研究通过界面解析的 DNS 模拟了稠密喷雾中氨和正庚烷液滴在湍流中的蒸发，发现氨初始蒸发快但受聚结影响衰减，而增强湍流持续促进正庚烷蒸发，为改进 CFD 模型和燃料喷射优化提供了依据。
2025-05-29 physics.flu-dyn
Turbulence dictates the fate of virus-containing droplets in violent expiratory events
剧烈的呼气事件，如咳嗽和打喷嚏，是液滴分散成不稳定湍流气流的两相混合物的高度不平凡的例子。由于SARS-CoV-2感染引起的全球紧急情况，了解决定呼吸道飞沫分散和蒸发过程的物理机制最近已成为优先事项。通过高分辨率的直接数值模拟（DNS）的呼气气流和全面的拉格朗日模型的液滴动力学，我们确定的关键作用的湍流的命运呼出液滴。由于初始液滴尺寸的相当大的传播，我们表明，液滴蒸发时间控制的湍流和液滴惯性的综合作用。当将DNS结果与当前大多数最先进的研究中采用的粗粒度描述进行比较时，这种机制明显突出，当湍流波动被过滤或完全平均时，导致误差高达$100\%$。
2020-12-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sub-Kolmogorov droplet dynamics in isotropic turbulence using a multiscale lattice Boltzmann scheme
采用格子Boltzmann扩散界面模型研究了各向同性湍流中单个液滴的变形和动力学，该模型考虑了外部湍流的产生，并考虑了边界条件。我们专注于一个小的，子Kolmogorov液滴，其规模是远远小于Kolmogorov长度尺度的湍流。外部流场是通过描述被动示踪剂在各向同性湍流中的轨迹的伪谱模拟数据获得的。通过这种方式，我们将液滴的微观尺度和湍流的宏观尺度结合起来。从这个完全解决的模型得到的结果进行比较，以前的研究亚Kolmogorov液滴的动力学在各向同性湍流，其中的分析模型，假设液滴的形状是一个椭圆体在任何时候，是用来描述液滴变形。我们的研究结果证实，混合伪谱格子玻尔兹曼算法是能够研究液滴变形和破碎的制度远远超出了椭球近似。
2021-12-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Study of a droplet breakup process in decaying homogeneous isotropic turbulence based on the phase-field DUGKS approach
采用离散统一气体动力学格式和基于自由能的相场模型，通过求解Cahn-Hilliard-纳维-斯托克斯方程，研究了球形液滴在衰减均匀各向同性湍流中的破碎过程.假设两个流体相具有相同的密度和粘度，我们着重于湍流和表面张力对破碎过程的综合影响。系统的关键物理参数包括体积分数（6.54%）、初始韦伯数（21.7）和初始泰勒微尺度雷诺数（58）。液滴演化过程分为三个不同的阶段，即初始球形液滴演化为具有复杂结构的不规则几何形状的变形阶段、形成许多子液滴的破碎阶段和液滴松弛向球形的恢复阶段。从几个角度对这三个阶段进行了系统分析：（1）关于最大等效直径、液滴总数、总界面面积和液滴直径的概率分布的几何观点，（2）关于流体-流体界面处的局部速度和涡度的演变的动力学观点，（3）关于平均动能/耗散率及其傅立叶谱演化的全局观点，（四）关于相对于初始液滴在不同长度尺度和不同半径上同时传递动能的基于球谐函数的能量学（5）系统整体动能和自由能的时间演化。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Binary-Fluid Turbulence: Signatures of Multifractal Droplet Dynamics and Dissipation Reduction
本文采用Cahn-Hilliard-纳维-斯托克斯方程对二维二元流体混合物中统计稳定、均匀、各向同性的湍流进行了直接数值模拟。我们选择参数，例如，表面张力，这样我们就有一个少数相的液滴在多数相的湍流背景中移动。我们描述了液滴的变形，并表明它显示多重分形动力学。液滴的质心的加速度分量的概率分布函数表现出宽的非高斯尾部。我们的研究表明，当波数$k$较大时，液滴增强了能谱$E(k)$;这种增强导致耗散减少。
2016-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet-turbulence interactions and quasi-equilibrium dynamics in turbulent emulsions
我们进行直接数值模拟（DNSs）的乳液在均匀，各向同性湍流使用赝势格子玻尔兹曼（PP-LB）方法。通过最小化液滴溶解和杂散电流来改进以前的文献，我们证明了PP-LB技术能够在某些参数区域进行长期稳定的模拟。改变分散相体积分数$ϕ$，我们表明，液滴破碎提取动能从较大的尺度，同时注入能量到较小的尺度，越来越高的$ϕ$，与Hinze规模划分的两种效果。发现液滴尺寸（$d$）分布遵循$d^{-10/3}$标度（Deane & Stokes 2002）。我们表明，需要保持分离的湍流迫使规模和域的大小，以防止形成大的连接区域的分散相。我们第一次发现，湍流乳状液演变成一个准平衡循环交替聚结和破碎为主的过程。在由动能$E_k$、拟能$ω^2$和液滴数密度$N_d$组成的状态空间中研究系统，发现它们的动力学行为类似于具有时滞的极限环。$E_k$演化中的极值表现在$ω^2$和$N_d$的演化中，分别具有$\sim0.3\mathcal{T}$和$\sim0.9\mathcal{T}$的延迟（其中$\mathcal{T}$为大涡时间尺度）。最后，我们还表明，在乳状液中的湍流的流动拓扑结构是显着不同的单相湍流比以前认为的。特别是，涡压缩和轴向应变机制成为液滴相，液滴界面的弹性行为的结果占主导地位。修订版和扩展版现已发表在流体力学杂志：https://doi.org/10.1017/jfm.2019.654
2019-10-03 physics.flu-dyn
Droplets in isotropic turbulence: deformation and breakup statistics
通过均匀各向同性湍流的拉格朗日模拟，研究了中性浮力亚Kolmogorov椭球液滴的变形和破碎的统计特性。还研究了液滴的平均寿命与初始液滴尺寸和毛细管数的关系。以前由Olbricht、Rallison和Leal [J. Non-Newtonian Fluid Mech. $\mathbf{10}$，291（1982）]引入的液滴矢量模型被用于分析地预测上述量的行为。
2018-05-31 nlin.CD physics.flu-dyn
Turbulence drag modulation by dispersed droplets in Taylor-Couette flow: the effects of the dispersed phase viscosity
湍流中的分散相可以从几乎无粘流体变化到高粘性流体。通过改变分散液滴相的粘度，实验研究了分散液滴的变形能力对湍流乳状液整体输运量的影响。采用不同种类的硅油以产生范围为$0.53$至$8.02$的粘度比$ζ$。液滴体积分数$ϕ$在0 ~ 10%范围内变化，间距为2%。由归一化摩擦系数$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$量化的全局输运量显示出由于液滴的有限尺寸效应消失而对湍流强度的弱依赖性。有趣的事实是，随着$ζ$的增加，$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$首先增加，然后饱和到与刚性颗粒悬浮液相似的平台值。通过图像分析，从液滴变形性的角度解释了这种阻力变化，这是液滴破碎和聚结效应的原因。对液滴粒径分布的统计分析表明，随着$ζ$的增加，界面张力对液滴粒径的稳定作用逐渐增强，纯惯性破碎过程占主导地位。沿系统径向的液滴分布的测量显示出体积聚集效应，这可以归因于液滴的不可忽略的聚结效应。结果表明，随着$ζ$含量的增加，液滴聚结效应受到抑制，从而影响界面张力对总应力的贡献，并解释了所观察到的乳液流变性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
Polydisperse collision kernels in droplet-laden turbulence with implications for rain formation
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
通过直接数值模拟研究多分散惯性颗粒在湍流中的碰撞统计，提出适用于瓶颈尺度液滴的碰撞核参数化模型，并发现湍流间歇性可加速液滴增长。
2026-03-13 physics.flu-dyn
Deformation statistics of sub-Kolmogorov-scale ellipsoidal neutrally buoyant drops in isotropic turbulence
湍流中的小液滴可以经历高度可变的变形和取向动力学。对于小于柯尔莫哥洛夫尺度的中性浮力液滴，来自周围湍流的主导效应通过速度梯度张量的拉格朗日时间历史产生。在这里，我们研究了代表性的液滴使用的模型，包括旋转和拉伸效果从周围的流体，和恢复效果从表面张力，包括一个恒定的液滴体积约束，同时假设液滴保持椭圆形的演变。该模型与从湍流DNS中提取的速度梯度张量的拉格朗日时间历程相结合，以获得模拟的液滴演变。这些用于表征湍流中小液滴的尺寸、形状和取向统计。一个临界毛细管数，$Ca_c$被确定与一个或两个液滴的半轴的无界增长。利用与湍流中聚合物动力学的类比，可以基于最大有限时间李雅普诺夫指数的大偏差理论来预测$Ca_c$数。此外，对于亚临界$Ca$的理论能够预测的斜率的幂律尾部的液滴尺寸分布在湍流。当液滴和外部流体的粘度不同的方式，使涡解相关的形状从应变方向的情况下，大偏差形式主义的基础上的拉伸性能的速度梯度张量失去有效性和其预测失败。即使考虑到假设的椭圆形液滴形状的限制，结果突出了液滴变形，取向和局部流体速度梯度张量之间的复杂耦合，当小粘性液滴与湍流相互作用时。
2015-02-12 cond-mat.soft nlin.CD physics.flu-dyn
On the breakup frequency of bubbles and droplets in turbulence: a compilation and evaluation of experimental data
本研究针对湍流中气泡与液滴的破碎频率问题，汇编统一框架下的实验数据集以明确特征时间尺度及分散相物性影响，并指出数据不一致性与待解决问题。
2023-08-27 physics.flu-dyn
Morphology of clean and surfactant-laden droplets in homogeneous isotropic turbulence
通过直接数值模拟研究均匀各向同性湍流中含表面活性剂液滴的形态，发现Kolmogorov-Hinze尺度决定液滴形状与界面面积标度律，并揭示手柄和空洞的拓扑特性及其与表面张力的关系。
2024-04-14 physics.flu-dyn
Intermittency and collisions of fast sedimenting droplets in turbulence
本文从理论和数值两方面研究了均匀各向同性Navier-Stokes湍流中液滴的空间分布和碰撞率。假定流体质点的典型湍流加速度比重力小得多。这表明，粒子与单个旋涡的相互作用很弱，因此，在大部分空间中形成平滑的流动。在中等雷诺数的弱间歇性湍流中，在计算液滴碰撞空间平均速率时，可以忽略流动破裂的罕见区域。然而，Re的增加增加了罕见的大的静止旋涡的概率，其与颗粒的长时间相干相互作用破坏了流动。因此，在较高Re时，空间平均碰撞率在光滑流假设失效的罕见区域中形成。我们描述的制度之间的过渡，并提供碰撞内核的情况下，温和的Re描述的流动。成对距离的分布服从分离向量的大小和极角的可分离的依赖。大小依赖性服从负指数幂律，表明液滴吸引子的多重分形性。我们提供了迄今为止失踪的数值确认这个指数和李雅普诺夫指数之间的关系，并证明它持有超出理论范围。RDF的角度依赖性在小角度处表现出最大值，从而量化颗粒形成空间柱。在所考虑的极限条件下，液滴流动的梯度为高斯分布，利用这一点推导出液滴的碰撞核。我们表明，随着Re的增加，列的纵横比减小，最终成为一个恢复时的各向同性。我们提出了如何在更高的Re的云，通过使用RDF的例子的理论可以构建。
2022-05-14 physics.flu-dyn
Dynamics of a Passive Droplet in Active Turbulence
本文数值研究了活性湍流中被动可变形液滴的运动，发现其均方位移从扩展弹道区过渡到正常扩散区，并揭示了该过渡与液滴尺寸及周围活性介质速度关联尺度的关系。
2023-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Continuous growth of droplet size variance due to condensation in turbulent clouds
本文采用随机模式和直接数值模拟的方法研究了湍流对凝结云滴生长的影响。我们发现，液滴尺寸分布的方差随时间增加的t^{1/2}，与增长率成正比的大到小的湍流尺度分离和湍流积分尺度，但独立的平均湍流耗散。直接数值模拟证实了这一结果，并产生现实广泛的液滴大小谱超过20分钟的时间间隔，与降雨形成的时间。
2015-10-05 physics.flu-dyn
Inhomogeneous distribution of droplets in cloud turbulence
本文用$g$求解了小流体加速度与重力加速度之比的湍流中惯性颗粒的空间分布问题。粒子由线性阻力驱动并具有任意惯性。浓度的成对关联函数服从负指数幂律分布。发散度为零表示空间中粒子的奇异分布。与颗粒尺寸无关，指数是湍流能谱积分乘以波数与$g$乘以数值因子的比值。我们发现李雅普诺夫指数和确认预测的直接数值模拟的Navier-Stokes湍流。预测包括云中水滴的典型情况。湍流输运研究的这一重大进展是可能的，因为强引力使得粒子在给定点的速度是唯一的。
2014-10-30 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Benchmarking Turbulence Models to Represent Cloud-Edge Mixing
Ludwig-Maximilians-Universität München（路德维希-马克西米利安慕尼黑大学）；Indian Institute of Tropical Meteorology（印度热带气象研究所）；Centre for Climate Studies, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校气候研究中心）；Gothenburg University（哥德堡大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究以直接数值模拟为基准，比较了多种统计模型在云边缘小尺度湍流混合中的表现，发现所有模型都能成功再现热力学演化，但并非所有模型都能准确捕捉云微物理量的变化。
2025-11-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Droplets in homogeneous shear turbulence
本文模拟了剪切雷诺数为15200的均匀剪切湍流中两种不可压缩不混溶流体的流动。两种流体的粘度和密度相等，在本研究中考虑了不同的表面张力和初始液滴直径。我们表明，两相流达到一个统计上稳定的湍流状态持续的非零平均湍流生产率由于平均剪切的存在。单相流相比，我们发现，所得到的稳态条件下表现出减少泰勒微尺度雷诺数由于分散相的存在下，作为一个水槽的湍流动能的载体流体。在稳态下，平均功率的表面张力是零和湍流的产生率与湍流耗散率是平衡的，其值大于在参考单相的情况下。界面通过在小尺度上引入能量来修改能谱，与单相情况的差异随着韦伯数的增加而减小。这是由于在域中的液滴的数量和总表面积随着韦伯数单调增加。这也反映在随韦伯数变化的液滴尺寸分布中，随着韦伯数的增加，分布的峰值移动到更小的尺寸。我们发现，Hinze估计的最大液滴尺寸，考虑在均匀各向同性湍流中的分裂，提供了一个很好的估计，尽管显着的聚结和平均剪切的存在下的行动。
2019-08-06 physics.flu-dyn
Interfaces as transport barriers in two-dimensional Cahn-Hilliard-Navier-Stokes turbulence
本研究利用拉格朗日示踪粒子与二维CHNS方程的直接数值模拟，揭示了二元流体湍流中界面作为输运屏障的作用，发现液滴内粒子比例呈指数衰减且平均首达时间显著增大。
2024-04-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The effect of turbulence, gravity, and non-continuum hydrodynamic interactions on the drop size distribution in clouds
本文研究云滴在15–40 μm“尺寸间隙”的生长瓶颈，揭示湍流碰撞、水汽涨落和非连续流体动力学对跨越该间隙并形成毛毛雨滴的关键作用。
2025-01-02 physics.flu-dyn
Condensation of cloud microdroplets in homogeneous isotropic turbulence
本文研究了小水滴在三维均匀各向同性湍流中的凝结生长。在一个简单的对流和冷凝模型中，集成了数百万液滴的动力学和生长。通过两个系列的直接数值模拟，在增加分辨率的液滴尺寸谱展宽，它被证明是增加与湍流的雷诺数。这是正确评估湍流对暖云中凝结的影响的关键点，其中雷诺数通常达到巨大的值。所获得的液滴尺寸谱展宽作为雷诺数的函数示出与尺寸参数是一致的。提出了一个概括的期望，雷诺数不可访问的DNS，产生的实际尺寸谱加宽的上限和下限。与系统大尺度相匹配的进一步DNS表明所绘制的图像的一致性，而需要额外的努力来评估这种效应对更现实的云条件下冷凝的影响。
2008-07-15 nlin.CD 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
High-resolution direct simulation of deep water breaking waves: transition to turbulence, bubbles and droplet production
[摘要]本文提出了求解两相纳维-斯托克斯方程的高分辨率三维破碎波直接数值模拟方法。我们调查的能量，气泡和液滴的统计强大的暴跌断路器的雷诺数和邦德数的作用，并探讨在高雷诺数和邦德数的渐近制度与实验室破碎波。从能量上讲，破碎波在一定时间尺度上从层流转变为三维湍流，该时间尺度取决于湍流雷诺数，直到$Re_λ\sim 100$的极限值，这与在其他典型湍流中观察到的混合转变一致。我们描述了毛细管效应对冲击射流和摄入的主腔形状和随后的破碎过程的作用。我们确认两个制度中的气泡尺寸分布，分开的Hinze尺度$r_H$。我们扩展了Deike等人（2016）的能量标度，以解释腔的形状及其与Hinze尺度的尺度分离。我们显示了解决气泡高达一个数量级以下的欣策规模和观察一个良好的崩溃的数值数据相比，实验室破碎波（迪恩和斯托克斯2002年）。我们在高Bond数下解析了液滴统计数据，并且我们的数据显示出与最近的实验良好的一致性（Erinin等人，2009年，在各种统计中。我们讨论的液滴的速度分布，发现喷射速度高达四倍的波，这是在最激烈的飞溅事件的破碎过程中产生的相速度。
2022-01-25 physics.flu-dyn
Pathways from nucleation to raindrops
本研究发现雨滴形成主要由3-30 μm低效碰撞间隙控制，而非重力或热扩散，并提出了合并、混合、静电和湍流四条降雨路径及降雨启动时间的交叉点判据。
2024-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Finite-size evaporating droplets in weakly compressible homogeneous shear turbulence
本研究通过界面分辨模拟探究弱可压缩均匀剪切湍流中有限尺寸蒸发液滴的蒸发特性，分析不同热力学模型、湍流及韦伯数等对蒸发速率的影响，揭示了湍流增强蒸发及曲率与蒸发速率正相关的规律。
2022-02-09 physics.flu-dyn
Small-Scale air turbulence structure, microphysical time scales and local supersaturation balance at a warm Cloud Top Boundary
最近的研究结果表明，在云和欠饱和环境的边界区域，液滴种群的尺寸分布的扩散加速。在没有平均上升气流的条件下，我们分析了这一区域的过饱和平衡，这是一个典型的高度间歇的无剪切湍流混合层。通过直接数值模拟，我们研究了云-净空气界面和其中的水滴的演变。我们已经比较了水平平均的相位松弛，蒸发，反应和凝结时间内的云明确的空气界面的初始单分散和多分散液滴的尺寸分布。对于单分散的人口，聚类的反应，相和蒸发时间，即约20-30秒的值，观察到在混合层的中心区域，就在过饱和湍流通量的最大值发生的位置之前。这种值的聚类对于多分散群体是类似的，但也包括凝聚时间。在界面混合层中的过饱和度和凝结项的时间导数之间的失配与载体气流和过饱和度场的水平纵向速度导数的平面协方差相关，从而表明这些量之间可能存在准线性关系。
2022-03-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Deformation and breakup of bubbles and drops in turbulence
本文综述了湍流中气泡与液滴变形和破碎的研究进展，分析了其物理机制、关键结果与不确定性，并探讨了对湍流调制、减阻及传热传质的影响。
2023-05-29 physics.flu-dyn
Viscoelastic Suppression of Gravity-Driven Counterflow Instability
试图通过插入致密钻井“泥浆”，即，如果重力驱动的逆流中的开尔文-亥姆霍兹不稳定性产生湍流，将较致密的流体破碎成小液滴，那么从上面的致密矿物浆料将失败。在这里，我们估计液滴尺寸为快速流动的亚毫米，并建议添加剪切增稠聚合物来抑制湍流。实验室实验表明，在相关的高速度下，从液滴形成到完全湍流抑制的进展，说明了通过在重力驱动的逆流流动中使用剪切增稠液体可获得的丰富的新物理。
2010-12-14 physics.flu-dyn physics.soc-ph
Effects of correlated collisions and intermittency on the growth of lucky droplets
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Faculty of Physics, University of Göttingen（哥廷根大学物理学院）；Theoretical Physics I, University of Bayreuth（拜罗伊特大学理论物理学I）
研究通过湍流模拟探讨相关碰撞和间歇性对幸运水滴增长的影响，发现相关碰撞加速初期增长，间歇性可缩短跨越大小间隙的时间。
2026-01-14 physics.flu-dyn
Collision fluctuations of lucky droplets with superdroplets
以前的研究表明，用于模拟碰撞合并过程的superdroplet算法可以忠实地表示湍流云中的平均液滴生长。但一个悬而未决的问题是，超级液滴算法如何准确地解释碰撞聚集过程中的波动。这种波动在稀悬浮液中特别重要。即使在没有湍流的情况下，在稀悬浮液中的碰撞时间的泊松波动也可能导致生长过程中的显著变化，从而导致生长时间的广泛分布以达到一定的液滴尺寸。我们量化的superdroplet算法在描述一个较大的液滴，在重力的作用下，在一个静止的流体和碰撞的较小的液滴，最初随机分布在空间（“幸运液滴模型”）的稀释悬浮液的波动增长的历史的准确性。我们评估了波动对幸运液滴生长历史的影响，并计算了累积碰撞次数的分布。后者被证明是足够敏感，以检测与多个幸运液滴之间的碰撞波动的微妙增加。超级液滴算法以两种不同的方式合并波动：通过超级液滴的随机空间发布和通过所涉及的蒙特卡罗碰撞算法。使用专门设计的数值实验，我们表明，这两个对自己的波动给出了准确的表示。我们的结论是superdroplet算法可以忠实地代表波动的重力驱动的液滴凝结。
2022-07-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Does small-scale turbulence matter for ice growth in mixed-phase clouds?
本文构建统计模型并结合直接数值模拟，评估小尺度湍流对混合相云 WBF 冰化过程的影响，发现其不显著改变亚米尺度冰化时间，但更大尺度湍流可能重要。
2024-10-09 physics.flu-dyn
Rapid droplet leads the Liquid-Infused Slippery Surfaces more slippery
本研究发现快速运动液滴使注液光滑表面比LLD摩擦定律更光滑，通过实验与数值模拟揭示其由不完全发育的弯月面导致，并利用扩展Bretherton模型给出了理论解析。
2023-09-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cloud microphysical effects of turbulent mixing and entrainment
湍流混合和卷吸在云的边界处的直接数值模拟，耦合欧拉描述的湍流速度和水蒸气场与拉格朗日系综的云水滴，可以增长和收缩的冷凝和蒸发，分别研究。重点是详细分析的松弛过程中的液滴合奏夹带的亚饱和空气，特别是依赖于湍流时间尺度，液滴数密度，初始液滴半径和颗粒惯性。我们发现，在夹带过程中的液滴演变被捕获最好的相位弛豫时间，这是基于相对于整个模拟域和初始液滴半径的液滴数密度。即使在有利于均匀混合的条件下，在液滴位置的过饱和度的概率密度函数最初表现出强烈的负偏度，一致的云边界附近的液滴突然混合到清晰的空气中，但迅速接近一个狭窄的，对称的形状。初始化为完全单分散的液滴尺寸分布变宽并且也变得有些负偏斜。粒子惯性和重力沉降导致更快速的初始蒸发，但最终仅导致液滴尺寸分布的两个尾部轻微耗尽。雷诺数的混合过程的依赖性仍然很弱的参数范围内研究，最有可能是由于这样的事实，即不均匀的混合制度时，不能完全访问相弛豫时间的基础上，考虑全球数密度。
2012-07-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Droplet Nucleation In a Rapid Expansion Aerosol Chamber
Princeton University（普林斯顿大学）；École Normale Supérieure de Paris（巴黎高等师范学院）；NOAA（美国国家海洋和大气管理局）
该研究提出了一种快速扩展气溶胶室，用于在受控条件下研究液滴和冰粒子的成核与生长，通过实验验证了热力学模型，并揭示了气溶胶浓度对液滴形成和大小的影响。
2024-12-31 physics.flu-dyn
Impact of Spinning Droplets onto Superhydrophobic Surfaces: Asymmetric Tumbling Rapid Rebound
本文通过数值模拟与实验研究了旋转液滴撞击超疏水表面的动力学，发现旋转导致前部抬升和后部抬升两种翻滚回弹，并揭示了非对称铺展缩短接触时间的机制，建立了预测模型。
2025-07-17 physics.flu-dyn
Tangling clustering instability for small particles in temperature stratified turbulence
我们研究了有限相关时间较小的温度分层湍流中的颗粒聚集。结果表明，温度分层湍流强烈地增加了颗粒速度场的可压缩程度。这导致即使对于小颗粒，缠结聚集不稳定性的激发阈值也大大降低。温度层结湍流中的缠结团簇不稳定性与非层结各向同性和均匀湍流中的惯性团簇不稳定性有着本质的区别。惯性团簇不稳定性是由湍流涡旋的离心作用引起的，而缠结团簇不稳定性的机制则与速度脉动对平均温度梯度的缠结所产生的温度脉动有关。温度波动产生压力波动，并在压力波动增加的区域引起颗粒聚集。结果表明，纠缠团簇不稳定性的增长率远大于惯性团簇不稳定性的增长率。结果发现，依赖于参数的湍流和平均温度梯度有一个优先的颗粒尺寸，在该颗粒聚集由于缠结集群不稳定性是更有效的。在这种不稳定性饱和后，团簇内的粒子数密度可以比平均粒子数密度大几个数量级。它还表明，液滴的蒸发急剧改变缠结集群的不稳定性，例如，它增加了液滴半径的不稳定性阈值。缠结成簇不稳定性是非常重要的，例如，大气湍流和逆温现象。
2013-06-25 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
A Model Intercomparison Study of Mixed-Phase Clouds in a Laboratory Chamber
本研究通过十种模型比较，探讨了实验室反应器中混合相云的演变，揭示了不同模型对液态水耗尽、总水量减少及粒子尺寸分布变化的模拟差异。
2025-12-10 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulence modulation in heavy-loaded suspensions of tiny particles
通过使用基于物理的颗粒-流体相互作用的正则化，讨论了由小固体颗粒或液滴的重载悬浮液产生的湍流调制的特征。该方法允许一个强大的描述系统的小尺度属性利用收敛的统计相对于正则化参数。它示出，子Kolmogorov粒子/液滴修改的能谱导致的标度律，$E(k)\propto k^{-4}$，出现在小尺度的粒子强迫平衡的粘性耗散。这种制度是由一个粒子负载的统计稳定的均匀剪切流的直接数值模拟数据，证明了正则化模型捕捉相关的小尺度物理的能力。光谱空间中的能量预算，扩展到考虑相间动量交换，突出了粒子如何在生产范围内提供能量汇，在小尺度下变成源。总的来说，耗散流体-颗粒相互作用被发现失速的能量级联过程的典型的牛顿湍流。在粒子统计方面，小尺度的聚集被耗尽，对碰撞模型具有潜在的后果。
2017-02-01 physics.flu-dyn
A Lagrangian Particle-Based Numerical Model for Surfactant-Laden Droplets at Macroscales
大气气溶胶可以由无机和有机物质组成，包括浓度很高的表面活性剂。重要的是，后者可以降低液体-蒸汽表面处的表面张力，由于其两亲性结构，它们优先吸附在液体-蒸汽表面处。因此，诸如液滴聚结、降水发展和最终云的寿命等过程可能取决于气溶胶中表面活性剂的存在。在这里，我们提出了一个云滴形成的数值模型，这是基于拉格朗日粒子为基础的微物理方案超级液滴方法，并考虑到在液滴中的表面活性剂的存在。我们的研究结果表明，表面活性剂促进云的形成，通过增加激活液滴的数量和大小，集中在云的底部，而最大的液滴集中在云的顶部。这表明液滴的循环涉及从云的底部到顶部的激活和生长过程。此外，我们的结论是独立的特定方法用于模拟欧拉变量的扩散，由于亚网格尺度湍流。我们预计，我们的研究结果将丰富我们对表面活性剂在大气气溶胶行为中的作用的理解，更重要的是，将为宏观尺度上表面活性剂系统的数值模拟的进一步发展铺平道路。
2022-09-22 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
A model for rapid stochastic distortions of small-scale turbulence
我们提出了一个模型，描述小尺度的Navier-Stokes湍流的演变，由于其随机扭曲的大得多的湍流尺度。本研究的动机是数值研究结果（laval，2001），这种相互作用的分离尺度发挥重要作用的湍流不稳定性。我们介绍了湍流的k-空间量的矩的描述，使用以前开发的运动发电机问题（Nazarenko，2003）的方法。使用$k$ -空间矩允许引入新的有用的测量不连续性，例如平均偏振和光谱平坦度。对二维湍流的研究表明，能量级联是尺度不变的高斯型，而涡度拟能级联是间歇性的。在3D中，我们表明，湍流波包的统计偏离高斯对主导的平面偏振。这种湍流是由$k$空间中的椭球体形成的，椭球体以其原点为中心，具有一个大轴、一个中性轴和一个小轴，速度场平行于最小轴。
2003-04-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Droplet evolution in expanding flow of warm dense matter
我们提出了一个简单的，自洽的动力学模型的发展的液滴和蒸汽的混合物迅速，几乎等容加热后，在真空中膨胀膨胀。我们研究的两相流体在分子和流体动力学尺度之间的中间时间的演变，侧重于平衡和表面效应。我们使用范德华状态方程作为测试床来实现我们的模型，并研究劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）即将进行的第二次中和漂移压缩实验（NDCX-II）的现象学，该实验使用离子束进行目标加热。我们找到了液滴和膨胀气体之间的温度差的近似表达式，并通过数值计算进行检查。该公式为区分热膨胀区和非热膨胀区提供了一个有用的判据。在热化的情况下，液体部分增长的比例，我们估计分析，而在太快的膨胀的情况下，一个严格的限制液滴的蒸发。实验情况的范围进行了讨论。
2011-05-30 physics.flu-dyn
Tracking water vapor homogeneous nucleation and droplet growth with spectroscopy and holography in a free expansion cloud chamber
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；High Meadows Environmental Institute（高地环境研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；École Normale Supérieure de Paris（巴黎高等师范学院）；Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, NOAA（美国国家海洋和大气管理局地球流体动力学实验室）
本研究利用新型快速膨胀气溶胶室设施，通过可调激光吸收光谱和在线全息技术，追踪水汽均匀成核和液滴生长过程，发现成核阈值比约为S=5，并揭示湍流对液滴形成和生长的强烈影响。
2026-05-12 physics.ao-ph physics.chem-ph physics.flu-dyn
Bifurcations in droplet collisions
Saffman和Turner（1957）认为，湍流中液滴的碰撞率随着湍流应变率的增加而增加。但Dhanasekaran等人（2021）在稳态应变流中的数值模拟表明，Saffman-Turner模型过于简化，因为它忽略了液滴-液滴相互作用。这些结果在一个复杂的依赖性的碰撞率的应变速率和差分沉降速度。在这里，我们表明，这种依赖性是由碰撞动力学中的分叉序列来解释的。我们计算的分叉图时，应变与重力对齐，并表明它产生重要的见解碰撞动力学。首先，稳态碰撞率在极限Kn $\to0$中保持非零，这与碰撞率在该极限中趋于零的常见假设相反（Kn是空气的平均自由程的无量纲度量）。其次，非单调依赖的碰撞速率的差分沉降速度解释了掠分岔。第三，分叉分析解释了为什么所谓的“闭合轨迹”出现和消失。第四，我们的分析预测，在某些鞍点附近，应变和差异沉降的影响相互抵消，
2022-01-16 physics.flu-dyn
Eulerian and modified Lagrangian approaches to multi-dimensional condensation and collection
湍流被认为在云滴增长中起着至关重要的作用。湍流和云滴增长的组合问题在数值上是具有挑战性的。在这里，一个基于Smoluchowski方程的欧拉方案与两个拉格朗日超粒子（或超液滴）方案在冷凝和收集的存在下进行了比较。的增长过程进行了研究，无论是单独或组合使用二维湍流，稳定的流动，或只是重力加速度没有气体流动。在重力或湍流的存在下，观察到的尺寸谱的时间演化的不同方案之间的良好的协议。较高的时刻的大小谱被发现是一个有用的工具来表征最大的下降，通过收集的增长。值得注意的是，在重力或湍流的情况下，尺寸谱的尾部可以用伽马分布很好地描述。拉格朗日格式的计算性能一般优于欧拉格式。然而，它表明，使用插值方案，如云在细胞算法是有害的超粒子或超液滴的方法。此外，使用对称的非对称收集计划，以减少在结果中的散射量。
2017-01-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Diffuselet method for three-dimensional turbulent mixing of a cloudy air filament
本研究通过三维直接数值模拟和diffuselet方法考察含云空气丝状物的湍流混合过程，发现高Schmidt数下两者高度吻合，证明diffuselet可作为湍流高Sc的有效参数化方法。
2025-06-11 physics.flu-dyn
Collisional Aggregation due to Turbulence
悬浮在流体中的粒子之间的碰撞在许多物理过程中起着重要作用。例如，云中微观水滴的碰撞是产生宏观雨滴的必要步骤。尘埃颗粒的碰撞也被证实对年轻恒星周围气体中的行星形成很重要，并且在沙尘暴的动力学中也起着重要作用。在这些过程中，快速湍流运动有利于碰撞。在这里，我们回顾了最近的进展，在理解碰撞聚集由于湍流。我们讨论了粒子的分形聚类的作用，和焦散奇异的速度。我们还讨论了Smoluchowski方程建模这些过程的局限性。这些进展导致了对湍流对碰撞率影响的半定量理解，并指出了目前对降雨和行星形成理解的不足。
2015-08-06 physics.flu-dyn
