Droplet break-up with negative momentum Fluid Dynamics Videos
液滴从喷嘴中的喷射对于流体物理是非常重要的。韦伯数描述了需要多少动能来克服表面张力并产生自由飞行的液滴。根据文献，大于12的韦伯数确保液滴的产生和安全破裂。然而，即使当这个数字下降到8以下时，仍然可以观察到液滴破碎，但有时会产生特殊的影响。我们在这里提出了一个流体动力学视频显示实验结果和CFD模拟液滴破碎在低韦伯数的液滴是产生负动量。这种液滴产生的特征在于液滴破碎然后返回到喷嘴中。这是由于在液滴形成过程中，表面张力开始减慢液滴内部的流速，然后最终使流动方向反向，而液滴尾部仍然从喷嘴上脱落。因此，在破碎之后，液滴动量朝向喷嘴定向。因此，可以观察到液滴返回到主体流体中。高速图像的这种特殊的现象，并提出了模拟结果，以说明在液滴的破碎动力学和局部速度。
2012-10-15 physics.flu-dyn
Gas Dynamic Virtual Nozzle for Generation of Microscopic Droplet Streams
如Ganan-Calvo及其同事所示，自由液体射流可以通过由同向流动的气体施加的气体动力在瞬间被压缩，从而避免了对固体喷嘴的需要以形成微观液体射流，从而减轻了困扰常规小直径液滴源的堵塞问题。本文描述了一种新形式的液滴光束源的基础上，这一原则。该源是微型的，坚固的，可靠的，易于制造，并且非常适合于将微观液滴（包括水合生物样品）输送到真空中，以使用真空仪器进行分析。通过用压电致动器触发装置来产生单分散、单列液滴流。该装置基本上不会堵塞。
2008-03-28 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Flash Freeze--Thaw Phenomenon in Sprayed Evaporating Micrometer Droplets
Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了喷雾蒸发微米滴中的闪冻-融现象，通过高保真模拟显示雾化气体温度变化导致液滴冻结与融化，影响制药产品稳定性。
2026-01-20 physics.flu-dyn
The Optimal Faucet
小液滴的产生依赖于杨-拉普拉斯方程解的不稳定性。我们问是否可以通过改变喷嘴的形状来产生更小的液滴。在给定的临界压力下，圆形喷嘴实际上产生最大的液滴。使用具有拉伸角的三角形喷嘴，液滴体积最多可减少18%。
2004-04-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of jet breakup and the resultant drop size distribution: effect of nozzle size and impingement velocity
本研究通过系统实验探究射流速度与喷嘴直径对射流破碎动力学及液滴尺寸分布的影响，划分出三种破碎模式并构建模式图，明确了各参数对破碎长度和液滴分布的作用规律。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Liquid Atomization out of a Full Cone Pressure Swirl Nozzle
本文对全锥压力旋流喷嘴内的液体雾化进行了深入的数值、理论和实验研究。第一部分是对内流的研究。利用CAD和CFD软件确定了喷嘴出口流动的重要参数。一个重要的结论是存在两个流动区域：一个是相对缓慢运动的（边界层），另一个是以很高的角速率（约100 000 rad/s）几乎呈固体旋转的，厚度约为喷管截面的4/5。然后，对喷嘴外的流动进行了理论和实验分析。在理论部分，最大液滴的大小成功地与线性不稳定性理论的结果进行了比较。然而，它也表明，该理论不能解释发生的小滴观察到的稳定域中的大小接近Kolmogorov和泰勒湍流长度尺度。相位多普勒粒子分析仪（PDPA）被用来表征液滴的尺寸和速度分布。由于离心力，较小的液滴倾向于在喷雾轴上占优势，并且当增加与喷嘴的距离时，在PDF中逐渐出现接近泰勒长度尺度的峰值。然后假设这些小液滴是湍流级联雾化过程的结果，并且在喷嘴附近区域，由于离心分离很小，因此PDF可以符合对数稳定定律（Rimbert和Séro-Guillaume，2004）。发现稳定性指数的值为1.35，非常接近先前的实验结果1.39（Rimbert和Delconte，2007），但远离已知的理论值1.70（Rimbert，2010）。这让我们考虑一个稍微不同的基本过程，由于湍流的螺旋性质。
2010-08-14 physics.class-ph physics.flu-dyn
Generation of Fine Particles with Specified Characteristics
该研究致力于产生具有特定特征的细颗粒和液滴流，以解决广泛的科学问题。研究了雾化气体密度、气速、质量流率和液膜厚度对液滴形成的影响。提出并实验证实了从粗多分散流中高效利用二次液滴产生细颗粒的假设。开发了一种原型装置，以实现从主要多分散流中分离所需液滴部分的想法。在精细液体雾化的情况下，所开发的喷雾系统使得能够增加气-液滴流浓度。论证了采用喷雾分离法和稀溶液雾化法制备不同分散性和形貌颗粒的可能性。确定了产生具有特定特性的液滴流的系统设置标准。一个拉瓦尔喷嘴的设计建议液体雾化。一系列的数值实验表明，在喷嘴出口处的气体压力（密度）的显着降低提供了气体流量的增加。数值计算结果表明，所设计的拉瓦尔喷嘴可使细雾化效率提高30%。
2013-10-11 physics.flu-dyn
Correlation between the rheology of 2D-inks precursors and the droplet size generated from a capillary nozzle in dripping regime
针对印刷电子中二维油墨分配的液滴尺寸控制问题，本文表征MoS2、石墨烯和hBN分散液的剪切与拉伸流变特性，并建立其与滴流状态下毛细管喷嘴液滴尺寸的相关性。
2023-06-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental observations on interaction between a root and droplets in relation to aeroponic agriculture
气培法或无土农业是一种相对较新的实践类型，其中植物在没有土壤的情况下生长，同时通过雾化喷雾系统向悬浮的根部提供富含营养的水。喷嘴易于使用，用于将水（和肥料）（主要）供应到所需作物（或植物）的根和根毛以用于生产。我们通过实验测量其（a）喷雾漂移，（b）喷雾高度，（c）最大喷雾角度，（d）喷雾宽度和（e）液滴尺寸来表征垂直于重力上方输送水的喷雾喷嘴。实验在不同的入口压力下进行，并且通过处理使用光学（或高速）相机捕获的图像来获得上述参数中的大部分，有时沿着由高功率激光源照亮的平面。我们还研究了喷雾（或射流）行为在不同的垂直高度和不同的水平面使用独特的聚乙烯海绵的方法。我们研究了质量流率，吸收率，和液滴尺寸动态（作为时间和压力的函数），使用这种方法。水滴/液滴的相互作用也进行了研究的情况下，简单的多孔和不透水的表面。我们相信这项研究可以外推到其他喷嘴（尤其是喷雾）以获得类似的特征参数。因此，这项研究是至关重要的，在选择所需的喷雾系统，为一个给定的树冠，也有望在控制农业实践，如温室和公寓房间的一些使用。
2022-02-17 physics.flu-dyn
Coupled population balance and large eddy simulation model for polydisperse droplet evolution in a turbulent round jet
采用粒子数平衡模型和大涡模拟（LES）相结合的方法，研究了油滴在湍流射流中的演化过程，并考虑了油滴破碎的影响。在模拟湍流多相射流中的二次破碎时，一个关键的未知数是在喷嘴出口附近的一次破碎区内产生的流入尺寸分布。为了简单起见，通常使用单分散注入流入条件，但这种选择通常是不现实的。为了提供更现实的入口条件LES，我们开发了一个一维（1D）的包裹模型来预测的演变的分散相沿射流中心线由于平流，径向湍流输送和液滴破碎的综合影响，由于湍流的区域更接近的喷嘴，不能使用粗LES解决。用远离喷管的实验数据对模型进行了验证。一维模型也被用来产生一个初始的尺寸分布，用于在一个粗分辨率LES的湍流射流。使用欧拉LES方法对离散化液滴尺寸分布的每个箱的数密度场进行建模，并对每个箱求解标量输运方程。LES的结果进行了比较，发表的实验数据，具有良好的一致性，我们研究的统计数据的速度场和浓度的多分散油滴羽流为两个液滴韦伯数。我们发现，浓度的中心线衰减率为不同的液滴尺寸的修改在破碎为主的区域。与雷诺平均方法不同，LES还允许我们量化由于湍流引起的尺寸分布变化。我们量化的径向和轴向分布和变化的关键量，如索特平均直径，总表面积和液滴破碎的时间尺度，并探讨其敏感性的韦伯数。
2020-11-11 physics.flu-dyn
Weber-number scaling and the distance dependence of drop size in full-cone pressure-swirl sprays
Monash University（莫纳什大学）；Bioresource Processing Research Institute of Australia (BioPRIA)（澳大利亚生物资源加工研究所）；Venso Pty Ltd（Ven索有限公司）
该研究针对全锥压力旋流喷雾，量化了液滴尺寸的距离依赖性，建立了含韦伯数的标度关系，明确激光衍射测液滴尺寸需同步报告测量距离的结论。
2026-10-16 physics.app-ph physics.flu-dyn
Optimal shape design of printing nozzles for extrusion-based additive manufacturing
本研究提出结合全局优化算法与计算流体动力学的方法，设计用于基于挤出的增材制造的优化喷嘴形状，以最小化压力降并提升流动控制，实验证明该设计可显著降低总压力降（高达41%）并减少回流效应。
2024-01-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
Pressure drop non-linearities in material extrusion additive manufacturing: a novel approach for pressure monitoring and numerical modeling
本研究提出一种利用销钉和外部测力传感器监测材料挤出3D打印机喷嘴压力的新方法，并结合Giesekus模型进行数值建模，揭示了熔化器区域的回流现象是导致总压降非线性的主要原因。
2024-01-07 cond-mat.other physics.flu-dyn
Tuna-step: Tunable Parallelized Step Emulsification for the Generation of Droplets with Dynamic Volume Control to 3D Print Functionally Graded Porous Materials
Tuna-step通过薄膜驱动可调喷嘴实现台阶乳化液滴体积动态控制，并结合3D打印制造功能梯度多孔水凝胶，并行扩展至14喷嘴。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Visualization and Characterization of Agricultural Sprays Using Machine Learning based Digital Inline Holography
本文提出基于机器学习的数字在线全息术，结合改进U-Net和VGG16分类器，实现农业喷雾液滴场的高精度三维表征，液滴提取率超90%且假阳性低于5%，并可估计质量、动量通量及液滴对相对速度。
2023-11-13 physics.flu-dyn
Freezing delay of a drop impacting on a monolayer of cold grains
研究低湿度环境下液滴撞击冷颗粒单层的亚冻结场景，发现过冷度超过阈值时颗粒层可推迟液滴体冻结，其机制是润湿孔隙的液体快速冻结改变了液滴动态行为，甚至能阻止液体渗透并脱落结冰。
2024-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Autothermotaxis of volatile drops
本文研究了均匀加热基底上挥发性液滴因热马兰戈尼对流自发对称破缺而产生的自推进运动，并通过红外成像揭示界面流动模式，建立了运动速度与表观接触角的标度关系。
2023-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop Impact Printing
流体动力学崩溃的一个中心的空气腔在反冲阶段的液滴的冲击超疏水筛导致卫星免费生成的一个单一的液滴通过筛。观察并解释了空穴形成和液滴喷射的两种模式。所产生的液滴的体积与孔径成比例。基于这种现象，我们提出了一种新的按需喷墨打印技术。尽管喷墨技术取得了显著进步，但由于打印头喷嘴的堵塞，质量负载和颗粒尺寸的增强受到限制。通过用筛子代替喷嘴，我们展示了具有71%质量负载的纳米颗粒悬浮液的打印。将直径为20微米的相对较大的颗粒分散在直径为80微米的液滴中。在低至32 mNm-1的表面张力和高至33 mPa·s的粘度下进行印刷。与现有技术相比，这种新的印刷方式非常简单和经济，因此可以广泛使用。
2019-09-17 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
What determines the drop size in sprays of polymer solutions?
本文用聚氧化乙烯（PEO）稀水溶液研究了粘弹性对农用扇形扁喷嘴喷雾特性的影响。使用激光衍射的液滴尺寸分布的测量结果表明，聚合物除了水的结果在形成整体更大的液滴具有更广泛的尺寸分布。发现液滴的中值尺寸$D_{50}$随液体的拉伸弛豫时间线性增加。在不同操作压力下从不同尺寸的喷嘴喷射的不同聚合物溶液的无量纲中值液滴尺寸在针对韦伯数和黛博拉数的经验函数绘制时在单个主曲线上重新缩放。使用高速摄影的喷涂过程中，我们表明，液滴尺寸与粘弹性的增加，可以部分归因于增加的波长的扑动运动负责的片材破碎。我们还表明，液滴的大小分布，重新缩放的平均液滴大小，以及由一个复合伽马分布与参数$n$和$m$编码的韧带的宽度和韧带的大小分布，分别描述。发现这些参数在高聚合物浓度下饱和至值$n=4$和$m=4$。
2021-08-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multi-objective optimization of actuation waveform for high-precision drop-on-demand inkjet printing
The University of Tokyo（东京大学）；Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学生产技术研究所）
按需喷墨打印技术被认为是制备先进功能材料的最有前途的技术之一。对于DOD打印机，用于实现无卫星较小液滴的高精度点胶技术长期以来一直被期望用于图案化薄膜结构。本研究认为，作为控制变量的液体腔室位于上游的分配喷嘴的入口速度，并旨在优化其波形使用样本效率的贝叶斯优化算法。首先，通过使用开源OpenFOAM求解器interFoam数值再现液滴分配动力学，并将结果传递到另一个基于pyFoam的代码。然后，通过贝叶斯优化（BO）算法确定表征驱动DOD打印机的致动波形的参数，以便最大化表示为两个因子之和的规定多目标函数，即，主要液滴的大小和卫星液滴的存在。实验结果表明，该算法可以在150次仿真内成功地找到高精度的点胶波形。具体而言，卫星液滴可以有效地消除和液滴直径可以显着减少到喷嘴直径的24.9%，通过应用最佳波形。
2022-08-24 cs.LG physics.flu-dyn
The microfluidic Kelvin water dropper
所谓的“开尔文水滴”是一个简单的实验，演示了通过管道发射的液滴中感应自由电荷的自发出现。正如开尔文勋爵所解释的那样，水滴在从水龙头上脱落时会自发地获得净电荷，这是因为任何金属物体都会在其周围产生电场。在他的实验中，两股液滴从不同的喷嘴滴入不同的桶中，同时通过滴针相互连接。在本文中，我们建立了一个微流体水滴，并证明了液滴得到充电和破碎，由于电流体动力学的不稳定性。与最近的模拟的比较表明，在液滴中获得的电荷对系统的不同参数的依赖性。这种现象打开了一扇大门，以廉价和方便的转换气动压力转化为电能，并通过自感应充电的元素，在微流体和生物物理操纵胶囊，细胞和液滴的增强控制。
2013-09-20 physics.flu-dyn
Drop Impact on Liquid Surfaces: Formation of Lens and Spherical Drops at the Air-Liquid Interface
在不混溶液体的空气-液体界面处的液滴通常形成部分浸没的透镜形状（例如，油上的水）。除了这种结构之外，我们还表明，从目标液体上方的临界高度释放的液滴可以承受冲击，并且尽管经历了大的变形，但最终在表面上方保持球形的球形构型。球形液滴是不稳定的，并且由于轻微的扰动而将转变成透镜模式。使用具有各种尖端直径尺寸的精密分配针将去离子水的悬垂液滴释放到氟碳化合物液体（FC-43，3 M）的表面上。发现喷嘴尖端直径与释放的液滴直径之间存在立方关系。用高速摄像机以每秒2000帧的速度记录跌落冲击。为了使水滴承受冲击并在目标液体池的表面处保持球形配置，要求它们具有临界尺寸并从一定高度释放;否则通常观察到的透镜形状的液滴将在表面处形成。
2010-10-15 physics.flu-dyn
How surfactants influence the drop size in sprays
喷雾是一种广泛使用的方法，用于产生破碎成具有一定尺寸分布的液滴的液体片。当喷射简单液体时，已知哪些实验参数决定液滴尺寸分布。然而，对于许多应用，添加表面活性剂，对液滴尺寸分布产生迄今未知的影响。使用两种通用类型的喷嘴，我们喷涂不同类型的水性表面活性剂的溶液，并测量喷雾的液滴尺寸分布。我们发现，表面活性剂溶液的分裂是类似的纯水，但结果在液滴平均较小。所得到的液滴尺寸分布可以很好地描述使用简单液体的预测，只要我们将平衡表面张力的参数替换为表面活性剂溶液在20 ms的表面年龄的动态表面张力，这是液体片的不稳定和破裂的特征时间。通过用平均液滴尺寸重新缩放它们，水和具有不同浓度的表面活性剂的喷雾的液滴尺寸分布都崩溃到单个曲线上，并且可以使用先前对于纯液体发现的复合Gamma函数来很好地描述。
2019-07-23 physics.flu-dyn
Modeling Drop Deformation Effects in the Euler-Lagrange Prediction of Liquid Jet in Cross Flow
由于稠密区液相体积分数较高，采用欧拉-拉格朗日（EL）方法对喷雾雾化过程进行精确预测具有挑战性。这实际上将取代在标准EL方法中通常被忽略的气相的显著部分。此外，在模拟稠密喷雾时，由于气动力、表面张力和粘性力的相互作用而引起的液滴变形通常被忽略。在这项工作中，为了使用EL方法捕获体积位移效应，考虑了气相体积分数的时空变化。这导致了零马赫数、变密度方程，在动量方程和连续性方程中都产生了源项。结果表明，连续源项增加了喷嘴附近载相的速度和动力学。然而，由于射流的扩散和液滴的分散，这些影响在下游进一步减小。为了量化液滴变形的影响，不同的模型进行了比较与实验数据。不同的破碎制度进行了研究，以确定每个政权的最佳模型。形状变形的影响是孤立的，通过执行一个单一的液滴注入到横流的流动条件类似的袋式破碎。与忽略变形的情况相比，观察到液滴运动的显著偏差。
2020-07-20 physics.flu-dyn
Role of surfactants on droplet formation in piezoacoustic inkjet printing across microsecond-to-second timescales
本研究通过频闪激光诱导荧光显微镜，探究了表面活性剂在6个时间数量级范围内对压电喷墨液滴形成的影响，揭示了局部高浓度表面活性剂可实现微秒至毫秒级界面吸附的机制。
2024-10-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Jetting to dripping transition: critical aspect ratio in step emulsifiers
完全三维的，时间依赖的，直接模拟的非理想的纳维-斯托克斯方程的两个组件的流体，揭示了机制，抑制液滴分裂在步骤乳化器低于临界阈值的宽度高度（$w/h$）比的微流体喷嘴。在$w/h \sim 2.6$以下，模拟提供了流体从受限矩形通道几何形状到喷嘴台阶下游流体的各向同性（球形）膨胀的平滑拓扑过渡的证据。超过这个阈值，从内部空间到太空的过渡涉及一系列保持自由表面处于机械平衡的动力学重排。这种重排还引起周围流体的回流，这又导致射流收缩并最终导致其破裂，即液滴形成。模拟结果与实验值的阈值，这是发现周围的$w/h \sim 2.56$显着协议。
2019-10-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Breakup of diminutive Rayleigh jets
以足够大的速度从喷嘴排出液体导致连续射流，该连续射流由于毛细力而破碎成液滴。在这里，我们调查的形成微液滴的超高速成像从微米大小的射流破碎。喷流的小尺寸意味着100 ns {}量级的快速分裂时间尺度$τ_\mathrm{c} = \sqrt{ρr^3 / γ}$，并且需要每秒1400万帧的成像。我们直接将这些实验与包含惯性、表面张力和粘度的数值润滑近似模型进行比较[Eggers和Dupont，J. Fluid Mech.262，205（1994）; Shi，Brenner和Nagel，Science 265，219（1994）]。润滑模型允许有效地探索参数空间，以研究射流速度和液体粘度对卫星液滴形成的影响。在相图中，我们确定卫星液滴的形成被抑制的区域。我们比较了润滑近似模型和边界积分（BI）计算之间的液滴在夹断的形状，显示在夹断的最后时刻的偏差。尽管有这种差异，夹断时间和液滴和卫星液滴的速度从润滑近似获得的结果同意与高速成像结果。
2010-11-01 physics.flu-dyn
Characterizing primary atomization of cryogenic LOX/Nitrogen and LOX/Helium sprays by visualizations coupled to Phase Doppler Interferometry
本研究在 MASCOTTE 低温试验台上结合高速可视化与 PDI，测量 LOX/氮气和 LOX/氦气并流雾化近喷嘴处液滴的速度与尺寸，为一次雾化建模和数值模拟初始化提供实验数据。
2025-10-21 physics.flu-dyn
Motile Escherichia coli-laden Droplets Exhibit Reduced Adhesion and Anomalous Wetting Behavior
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
研究通过实验发现，含活大肠杆菌的液滴比含死菌的液滴表面粘附力更低，且浓度越高粘附力越小，原因是活菌的鞭毛运动抵抗蒸发驱动流，产生集体动力学，促进接触线解钉，从而降低粘附。
2026-07-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Spatio-temporal analysis of sprays by using Phase Doppler Anemometry data
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；Brno University of Technology（布尔诺理工大学）
本文通过相位多普勒测速仪数据分析空气冲击雾化器的喷雾时空特性，发现液滴聚集影响约30%的液滴，并揭示中心区域不稳定性由聚集引起，外围由混合和液滴吸入引起。
2025-12-17 physics.data-an physics.flu-dyn
