Three-dimensional dynamics of a pair of deformable bubbles rising initially in line. Part 2: Highly inertial regimes
浮力驱动的动力学的一对气泡释放线的数值研究，专注于高惯性条件下，孤立的气泡遵循非直线路径。在早期阶段，第二个泡沫总是从第一个泡沫的尾流中漂移出来。然后，取决于定义伽利略（$Ga$）和债券（$Bo$）的系统数的浮力，粘性和毛细管力的比率，五个不同的制度，具体到这样的条件，其中两个气泡可能会独立地上升或继续相互作用，并可能在最后碰撞。在前一种情况下，它们通常在同一平面内或在两个不同的平面内执行大幅度的平面双折射，这取决于领先气泡的扁率。然而，对于足够大的$Ga$和足够低的$Bo$，它们遵循几乎垂直的路径，具有小幅度的不稳定的水平偏差。增加$Bo$会使尾流诱导的对领先气泡的吸引力更强，迫使两个气泡在上升过程中垂直重新排列一次或多次。在这样的序列中，尾流涡流可能会击中尾随的气泡，使其路径偏转，并根据情况，促进或阻碍进一步相互作用的可能性。在某些情况下，改变分开两个气泡的初始距离会改变它们的横向分离超过初始阶段。同样，微小的初始角度偏差有利于选择两个气泡共同的单个垂直上升平面。这些变化可能会极大地影响串联的命运，因为取决于$Bo$，它们促进或阻止未来的垂直重新排列。
2022-01-23 physics.flu-dyn
Three-dimensional dynamics of a pair of deformable bubbles rising initially in line. Part 1: Moderately inertial regimes
借助高分辨率模拟来研究静止液体中两个相同气泡在浮力驱动下的直线运动，重点关注中等惯性状态，其中孤立气泡的路径是垂直的。假设第一个轴对称的演变，平衡配置的气泡对被确定为函数的浮力，粘性和浮力，毛细力比，定义的Galilei（$Ga$）和债券（$Bo$）数的系统，分别。三维解表明，这种轴对称平衡实际上永远不会达到。相反，如果$Bo$低于决定聚结开始的临界$Ga$依赖性阈值，则观察到两种明显不同的演变。在探索的$(Ga,\,Bo)$范围的低端，串联遵循牵引-亲吻-翻滚的场景，最终产生平面并排运动。对于较大的$Ga$，尾随气泡横向漂移，并脱离领先气泡的尾流，几乎不改变后者的路径。在该第二种情况下，后期配置的特征在于串联相对于垂直方向的显著倾斜，范围从$30^\circ$到$40^\circ$。气泡变形对系统的演化有重要影响。它控制着尾流中的旋涡效应的大小，从而控制着作用在尾流气泡上的吸引力的强度。它还控制着作用在这个气泡上的横向力的强度甚至符号，当串联以小的角度偏差释放时，这是一种特别重要的机制。
2021-03-31 physics.flu-dyn
On the early stages of vapor bubble growth: From the surface-tension to the inertial regime
本文提出一个解析模型，描述过热水液体中蒸气气泡生长早期从表面张力控制到惯性控制的转变，并量化表面张力延迟及其影响。
2024-05-26 physics.flu-dyn
Bubble bursting jets are driven by the purely inertial collapse of gas cavities
描述毛细管腔的崩溃的数值模拟的分析表明，源自于气泡的破裂的射流是由以下条件驱动的：朝向对称轴的每单位长度的无量纲液体流量$q_\infty$在时间上保持几乎恒定。这一观察结果在物理方面是合理的，因为液体惯性阻止了在表征射流喷射过程的短时间尺度期间$q_\infty$的明显变化，以及气泡破裂射流从锥形腔的底部产生的事实，证明了这里发现的射流宽度和速度的纯惯性缩放，$r_{jet}\propto\sqrt{q_\inftyτ}$和$v_{jet}\propto \sqrt{q_\infty/τ}$，用$τ$表示射流喷出后的无量纲时间，这一结果明显不同于通常认为射流宽度和速度遵循惯性-毛细管标度$r_{jet}\propto τ^{2/3}$和$v_{jet}\propto τ^{-1/3}$。我们的描述再现了超过三十年的时间的射流宽度和速度的时间演变，获得良好的协议与数值模拟从射流开始的瞬间，直到射流宽度是可比的初始气泡。
2023-03-10 physics.flu-dyn
Lateral migration and bouncing of a deformable bubble rising near a vertical wall. Part 2. Highly inertial regimes
本研究数值模拟高惯性下近壁气泡行为，发现高伽利略数时气泡经弹跳逃离壁面，低伽利略数时周期性弹跳，并揭示马格努斯效应与壁面捕获机制竞争决定气泡轨迹。
2025-01-28 physics.flu-dyn
Analytical expressions for primary Bjerknes force on inertial cavitation bubbles
主要的Bjerknes力负责在声场中的径向振荡气泡的快速平移运动。这个问题在小振幅振荡的情况下是经典的，对于小振幅振荡，可以容易地获得力的解析表达式，并且预测压力波腹对亚共振气泡的吸引力。但是对于高振幅声场，气泡经历大振幅的非线性振荡，因此在这种情况下没有可用的力的解析表达式。根据Hilgenfeldt等人的方法[J.Fluid Mech.，365，171（1998）]，但仔细考虑了表面张力。恢复了气泡最大半径的解析表达式，对气泡最大膨胀的时间进行了修正，得到了气泡最大膨胀时间的估计，推导了气泡体积随时间变化的解析表达式，得到了Bjerknes力的封闭形式.结果是有效的任何形状的声场，包括纯粹的驻波或纯粹的行波，并准备使用在一个理论模型中的气泡云的演变。此外，恢复了著名的大驻波下Bjerknes力的符号反演，并解析地得到了参数空间中的反演阈值。计算结果与数值模拟结果吻合较好，并可对物理参数的影响进行定量评估。结果发现，无论是降低表面张力，或增加静压，应产生一个扩大的无气泡区域附近的高振幅的压力波腹。
2013-02-23 physics.flu-dyn
Bubbles-induced transition to elasto-inertial turbulence
本文通过界面解析直接数值模拟研究压力驱动粘弹性方槽流中气泡诱导的层流向弹性惯性湍流转捩，发现气泡注入引发的流线曲率会触发弹性不稳定性并导致完全EIT流态，且在低雷诺数和韦森堡数下流动呈现核心区湍流脉动与壁面层流共存的间歇特性。
2025-03-05 physics.flu-dyn
The effects of nonlinear wave propagation on the stability of inertial cavitation
在预测高强度聚焦超声中的温度场和压力场的背景下，预测模型的准确性对于治疗的安全性和有效性至关重要。在这样的领域中，惯性空化经常被观察到。传统上，空化阈值的估计是基于这样的假设，即气泡表面处的入射波与远场中的入射波相同，忽略了非线性波传播的影响。通过将入射波模拟为Burgers方程的解，采用数值和解析相结合的方法研究了非线性波传播对惯性空化的影响。从单个气泡的半径-时间曲线，可以观察到，有一个减少的最大尺寸的气泡进行惯性空化和惯性崩溃发生较早的对比与经典的情况。计算了初始半径略低于临界Blake半径的气泡的稳定性阈值。分岔图和频率响应曲线与稳定性的损失。结果的后果和物理意义进行了讨论相对于经典的结果。
2009-03-15 physics.flu-dyn physics.med-ph
Lateral migration and bouncing of a deformable bubble rising near a vertical wall. Part 1. Moderately inertial regimes
该研究通过数值模拟探究中等惯性区域内垂直亲水壁面附近可变形气泡的上升运动，揭示了三种近壁运动模式及其与伽利略数、邦德数的关联，阐明了流向涡脱落/再生机制对气泡周期性反弹的调控作用。
2025-01-15 physics.flu-dyn
How turbulence increases the bubble-particle collision rate
本研究通过界面分辨模拟探究湍流对有限尺寸气泡与小惯性颗粒碰撞的影响，揭示流场相互作用主导、非线性效应及滑移速度波动提升碰撞速率的机制，提出冻结湍流模型提供物理自洽的碰撞模拟框架。
2025-01-13 physics.flu-dyn
Predicting Complex Non-spherical Instability Shapes of Inertial Cavitation Bubbles in Viscoelastic Soft Matter
软物质中的惯性空化是生物和工程过程中的一种重要现象。实验，理论和数值技术的最新进展提供了进入一个充满非线性物理学的世界，但迄今为止，我们大多数的定量理解一直集中在一个球对称描述的空化过程。然而，空化气泡的生长和破裂很少以完全对称的方式发生，特别是在软材料中。预测动态产生的非球形不稳定性的发生仍然是一个重大的，未解决的挑战，部分原因是由于周围的非线性粘弹性固体引入的额外的本构复杂性。在这里，我们提供了一个新的理论模型，能够准确地预测发病的非球形不稳定形状的气泡在软材料中明确占所有相关的非线性相互作用之间的流体状空化气泡和固体状的环境。与高分辨率的实验图像在聚丙烯酰胺（PA）水凝胶激光诱导空化事件的比较显示出良好的一致性。有趣的是，并与实验结果一致，我们的模型预测出现各种动态不稳定形状的环向拉伸比大于一个相反，最准静态的调查。我们的新理论框架不仅提供了前所未有的洞察力在软固体中的空化动力学，但它也提供了一个定量的手段来解释气泡动力学相关的广泛的工程和医学应用以及自然现象。
2021-04-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Temperature Dependence of Inertial Pumping in Microchannels
惯性泵是一种很有前途的微通道流体输送新方法，但其许多特性尚未得到研究。在这项工作中，惯性流速进行了研究，不同的通道长度，工作温度，和电阻脉冲能量。通过将荧光示踪珠添加到测试流体（纯水）中来可视化封闭通道中的流动。开发了一种从高分辨率视频记录中提取流量的鲁棒方法。发现流速与通道长度成反比。所观察到的依赖性解释的基础上一个简单的现象学的“踢”模型的惯性泵。流速也适合于更基本的一维惯性泵送模型，从该模型中提取了固有的驱动气泡强度。测得的流速随温度变化很大。对于发育良好的驱动气泡，T = 70 C下的流速比T = 30 C下的流速高约12倍。三个独立的效应有助于增加高温下的流速：（i）测试流体的较低粘度，（ii）较强的驱动气泡，以及（iii）增加泵的机械效率，即，驱动气泡强度更好地转化为单向后塌陷井涌。三种效应的相对贡献被量化。流量的能量依赖性表现出明显的饱和行为。汽泡强度符合唯象饱和模型。最后，建立了一个完整的长度-温度-能量流量预测模型。在设计微流体工作流程时，应考虑所观察到的惯性泵送的强烈温度依赖性。它还强调了对集成流量计的需求，这种流量计可以通过感觉反馈来稳定复杂的流量模式。
2022-02-01 cond-mat.other physics.flu-dyn
Cahn-Hilliard diffuse interface simulations of bubble-wall collisions
采用Cahn-Hilliard扩散界面法对上升气泡与超亲水水平面的碰撞进行了数值研究。对于所研究的系统，邦德数$Bo=ρR^2 g/σ$在0.25至1.5之间变化，伽利略数$Ga=ρ(R^3 g)^{1/2}/μ$在8.5至50之间变化。我们假设，与周围介质相比，气泡的粘度和密度可以忽略不计。我们表明，我们的计算再现实验观察到的动态碰撞的气泡与固体表面。此外，在所研究的参数范围内，气泡与壁面的碰撞主要是在惯性区。我们的模拟表明，即使在没有大量的粘性耗散，反弹碰撞速度的比率，所谓的恢复恢复系数，是远远小于一个研究系统。更重要的是，恢复系数最好与弗劳德数（$Fr=U_{t}/\sqrt{g R}$，惯性力与重力之比）成比例。
2018-05-19 physics.flu-dyn
One-dimensional model of inertial pumping
介绍并求解了一维惯性泵送模型。该泵由微加热器产生的高压蒸汽泡驱动，该微加热器不对称地定位在微通道中。气泡近似为输送到通道内的两个流体柱的短期脉冲。流体动力学由具有可变质量但没有质量导数项的类牛顿方程描述。由于较小的惯性，短柱更快地重新填充通道并积累更大的机械动量。气泡溃灭后，流体总动量不为零，形成净流。两个不同版本的模型进行了详细的分析，解析和数值。在对称模型中，假定渠道-水库连接平面处的压力为常数，而在非对称模型中，通过伯努利项减少压力。对于低和中等的蒸汽泡压力，这两个模型预测存在一个最佳的微加热器的位置。非对称模型中的预测净流量约为2倍。对于非物理性的大蒸汽压，非对称模型预测饱和效应，而在对称模型中，净流量无限增加。泵送被非零粘度降低，但根据微加热器的位置不同程度地降低。
2013-02-21 cond-mat.other physics.flu-dyn
Restricted Euler dynamics along trajectories of small inertial particles in turbulence
小颗粒在湍流中的命运很大程度上取决于周围流体的速度梯度特性，如旋转和应变率。对于非惯性（流体）粒子，限制欧拉模型提供了一个简单的，低维的动力系统表示的拉格朗日演化的速度梯度在流体湍流，至少在短时间内。在这里，我们推导出一个新的限制欧拉动力系统的速度梯度演化的惯性粒子，如固体颗粒在气体或液滴和气泡在湍流液体流动。该模型是在小（亚柯尔莫哥洛夫尺度）粒子和低斯托克斯数的限制。该系统表现出有趣的不动点，稳定性和不变性质。与直接数值模拟的数据比较表明，该模型预测的趋势，如增加应变沿重粒子轨迹旋转的趋势，并为轻粒子，如气泡，减少自拉伸的应变率的趋势。
2016-08-08 physics.flu-dyn
On the jets ejected after the inertial collapse of cavities
受Gordillo和Blanco-Rodriguez的结果的启发，“气泡破裂射流由气腔的纯惯性塌陷驱动”，\emph{Phys. Rev. Lett., Submitted}（2023）\cite{PRL2023}，其中发现气泡破裂射流由纯惯性机制驱动，本文研究了在远场作用下，一般形状的气腔坍缩产生的射流的动力学特性表示每单位长度的流速$q_\infty$在时间上保持恒定的边界条件。利用理论和数值模拟方法，我们首先分析了具有半张开角$β$的圆锥形气泡在$q_\infty$值固定为常数时的情形，发现这类射流在$β\ll 1$极限下分别由$r_{jet}\approx 2.25\tanβ\sqrt{q_\inftyτ}$和$v_{jet}\approx 3 q_\infty/(2\tanβ\sqrt{q_\inftyτ})$收敛于方程的纯惯性$β$依赖的自相似解，其中射流宽度和速度分别由$β\ll 1$极限给出，其中$τ$表示喷射后的无量纲时间。对于抛物腔的情况下，无量纲曲率半径在对称平面$r_c$我们的理论预测，$r_{jet}\propto \left(2 r_c\right)^{-1/2}\left(q_\infty τ\right)^{3/4}$和$v_{jet}\propto q_\infty \left(2r_c\right)^{1/2} \left(q_\inftyτ\r…
2023-03-07 physics.flu-dyn
Bubble deformation by a turbulent flow
本文研究了初始球形气泡在均匀各向同性湍流背景流中的变形模式。我们进行直接数值模拟的两相不可压缩纳维-斯托克斯方程，考虑在不同的韦伯数（湍流和表面张力的比例）使用空气-水的密度比的高密度湍流中的低密度气泡。我们讨论了一个理论框架的气泡变形的湍流使用球谐分解。我们建议，对于每一种模式的气泡变形，一个强迫项的速度和压力波动的统计，在相同半径的球体上进行评估。在小变形的限制下，这种方法将气泡变形和背景湍流速度波动正式联系起来。的总表面变形和每个单独的模式的增长计算从直接的数值模拟使用适当的Voronoi分解的气泡表面。我们发现，两个连续的时间制度发生：第一个政权对应于仅由惯性力驱动的变形，与界面变形的线性增长的时间，与模型预测一致，而第二个政权的结果从惯性力和表面张力之间的平衡。这两个制度之间的过渡时间是由气泡振荡的第一瑞利模式的周期。我们讨论了如何使用我们的方法将气泡寿命与湍流统计数据联系起来，并最终表明，在高韦伯数下，气泡寿命可以从气泡尺度的湍流波动统计数据中推导出来。
2021-04-13 physics.flu-dyn
Effect of surfactant on elongated bubbles in capillary tubes at high Reynolds number
采用混合前沿跟踪/水平集方法，通过大量的三维数值模拟，研究了表面活性剂对细长气泡在圆形毛细管中传播的尾部和膜动力学的影响.重点是粘惯性制度，这发生在雷诺数的流量是远远大于单位。在这些条件下，“干净”气泡在尾部\cite{Magnini_prf_2017}附近呈现出界面波动，其幅度随雷诺数增加。我们进行了系统的分析，广泛的表面活性剂的性质，包括弹性，散装表面活性剂的浓度，溶解度和扩散性，在惯性效应的存在下的气泡和流动动力学的影响。结果表明，表面活性剂的引入是有效的抑制尾部波动，因为它们往往积累在气泡尾部附近。在这里，产生了大的马兰戈尼应力，这导致了气泡的局部“硬化”。这种效果变得更明显的较大的表面活性剂的弹性和吸附深度。在表面活性剂溶解度降低时，在气泡后部形成较厚的刚性膜区域，在此建立库埃特膜流，而波动仍然出现在下游“清洁”膜区域的后缘。在这种情况下，气泡长度成为一个有影响力的参数，短气泡变得完全刚性。
2020-05-24 physics.flu-dyn
The Rayleigh collapse of two spherical bubbles
考虑了两个相互作用的非平移等尺寸球形气泡的惯性坍缩。首先通过一个缓慢收敛的幂级数得到了控制空泡半径的非线性常微分方程的精确解析解。然后构造一个渐近逼近，加速收敛的系列，并施加的渐近崩溃行为时，半径很小。该解决方案概括了经典的1917年瑞利问题的单气泡崩溃，因为这种配置是恢复时，气泡中心之间的距离远远超过他们的半径。
2021-02-10 physics.flu-dyn
Unsteady and inertial dynamics of an active particle in a fluid
众所周知，Stokes流的可逆性使得小微生物难以游动。惯性效应打破了这种可逆性，允许新的推进和喂养机制。因此，了解非稳态和流体惯性对流动中微生物动力学的影响是很重要的。在这项工作中，我们将展示如何将已知的惯性效应从被动粒子转化为主动粒子。该方法依赖于Legendre和Magnaudet（1997）早先使用的一个原理，利用小的惯性效应由扰动流的远场决定这一事实，从固体球上的惯性阻力推导出对气泡升力的惯性修正。该方法允许例如计算不稳定流体加速度对能动生物体的惯性效应，以及这种生物体在稳定剪切流中经历的惯性力。我们解释了为什么该方法不能描述对流流体惯性的影响。
2022-06-20 physics.flu-dyn
Turbulence Decay Intensifies Clustering of Bubbles and Particles
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Brown University（布朗大学）；Universidad de Cádiz（加的斯大学）；Université de Lille（里尔大学）
本文通过实验和直接数值模拟，发现自由衰减湍流中颗粒聚集先增强后减弱，并提出动态重标度方法将衰减湍流行为映射到稳态湍流，适用于宽范围密度比和斯托克斯数。
2026-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stabilization of the Rayleigh-Bénard system by injection of thermal inertial particles and bubbles
本文基于双流体 Eulerian 模型，通过线性稳定性分析研究了注入热惯性颗粒和气泡对 Rayleigh-Bénard 对流起始的稳定化作用，发现力学耦合与热容比可显著提升临界 Rayleigh 数，扩展了全密度范围的颗粒稳定机制。
2024-11-12 physics.flu-dyn
Limits of constant-parameter constitutive models for hydrogels under inertial cavitation
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）
通过改进的迭代集合卡尔曼平滑器，在neo-Hookean Kelvin-Voigt模型框架下，发现水凝胶在空化过程中剪切模量和粘度随时间变化，表明常参数模型不足以描述完整空化事件。
2026-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulent bubbly channel flows: Effects of soluble surfactant and viscoelasticity
采用界面分辨直接数值模拟方法研究了表面活性剂和粘弹性对槽道泡状湍流结构的影响。不可压缩流方程求解完全耦合的FENE-P粘弹性模型和控制界面和本体表面活性剂浓度的方程。后一种耦合是通过非线性状态方程实现的，该方程将界面处的表面张力与表面活性剂浓度联系起来。双流体纳维-斯托克斯方程使用前沿跟踪方法求解，并使用非常有效的基于FFT的压力投影法进行增强，该方法允许大规模并行模拟湍流。结果发现，对于无表面张力的情况下，由于惯性升力，气泡向壁移动，导致壁层的形成和流量的显着降低。相反，足够高浓度的表面活性剂改变气泡横向迁移的方向，即，被污染的气泡移向核心区域并在通道上扩散。当考虑粘弹性时，粘弹性应力抵消Marangoni应力，促进气泡壁层的形成，从而强烈降低流速。复合情况下气泡壁层的形成取决于惯性力、弹性力和Marangoni力的相互作用。
2021-10-12 physics.flu-dyn
A volume averaging approach to the interfacial force in homogeneous bubbly flows with monodisperse bubbles
本研究基于体积平均理论，采用含同心气泡的圆柱形晶胞模型，推导求解气液泡状流双流体模型的界面力封闭问题，明确不同流区阻力系数比的变化规律，为两相流建模提供低成本的封闭律获取方法。
2023-11-08 physics.flu-dyn
Modelling lipid-coated microbubbles in focused ultrasound applications at subresonance frequencies
我们提出了一个计算研究的行为的脂质涂层SonoVue微泡与初始半径$1 \, μ\text{m} \leq R_0 \leq 2 \, μ\text{m}$，激发频率（200-1500 kHz）显着低于线性共振频率和压力振幅高达1500 kPa，在许多聚焦超声应用中使用的激励制度。气泡动力学模拟使用瑞利-Plesset方程和Gilmore方程，结合Marmottant模型的脂质单层涂层。此外，Marmottant模型的一个新的连续可微的变种。下面的惯性空化的发病，一个线性政权被确定在气泡壁处的最大压力是线性成比例的激励压力的振幅，同样，机械指数。该线性状态由Blake压力限定，并且与最近的体外实验一致，发现惯性空化的开始大约发生在130-190 kPa的激励压力幅度处，这取决于初始气泡尺寸。在非线性制度的气泡壁处的最大压力被发现是很容易预测的最大气泡半径和瑞利-Plesset和Gilmore方程示出预测的发病的子和超谐波频率的声发射相比，在体外实验。脂质单层的表面粘度和液体的可压缩性对研究的量都没有明显的影响，但对脂质涂层的解释对于准确预测气泡行为至关重要。Gilmore方程被证明是有效的所考虑的气泡和激发制度，瑞利-Plesset方程也提供了准确的定性预测，即使它是在其有效性范围之外的许多情况下考虑。
2021-06-22 physics.flu-dyn physics.med-ph
Flow-induced breakup of drops and bubbles
当破裂力大于恢复力时，液滴/气泡的破裂可以被视为基本力平衡的结果。作用在液滴/气泡上的破坏力试图使其变形，而恢复力阻止其变形。研究破碎和聚结现象是非常重要的，因为它决定了界面面积的大小，从而决定了界面上的热量、质量和动量的交换。它还有助于为大型系统建模开发更好的闭合关系。本文回顾了迄今为止的大量文献，包括理论、实验和数值计算工作。广义上，破碎分为粘性破碎、惯性破碎和复杂湍流破碎。讨论了在不同的流动结构中液滴和气泡破裂所涉及的物理过程和无量纲参数。破碎的特征参数，如临界直径（$d_{max}$），最大变形，破碎时间（$t_b$），扰动波长（$λ$），杂质在流动中，液滴/气泡的初始形状，历史的流动和无量纲数的临界值进行检查，并列出了重要的参数，以备建模方法中使用。最后，确定了若干领域今后工作的范围。
2017-01-22 physics.flu-dyn
Bubble breakup probability in turbulent flows
本文利用随机线性模型研究湍流中气泡破碎概率，提出考虑停留时间的临界韦伯数定义，揭示破碎率随We^{-1}指数变化，并阐明短停留时间下破碎的随机性主导而长停留时间下恢复Kolmogorov-Hinze经典图像。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Dynamics of bubble migration in a square channel flow of a viscoelastic fluid
通过界面解析模拟研究压力驱动粘弹性流体方通道流中气泡迁移，发现剪切变稀改变迁移方向，弹性与惯性引发路径不稳定性，且气泡向壁面迁移引发的二次流速度比固体颗粒高约一个数量级。
2024-02-21 physics.flu-dyn
The effective diffusivity of ordered and freely evolving bubbly suspensions
我们调查的被动标量，如化学物质的浓度，或温度，在均匀的气泡悬浮液中的分散体，通过确定一个有效的扩散系数张量。定义的纵向和横向分量的这个张量相对于平均气泡上升速度的方向在零混合物速度的参考框架，我们专注于对流的贡献，这是预计将占主导地位，在常见的气泡流。我们首先扩展了Koch等人（1989）的理论（该理论用于Stokes流下固体颗粒固定床中的分散），以考虑有序悬浮体情况下的弱惯性效应。在低和高的Péclet数的限制下，包括流动的惯性效应不影响有效扩散率相对于Péclet数的缩放。这些结果证实了在不同的流态，球形或非常变形的气泡和从消失的小到中等的雷诺数值进行直接的数值模拟。标量输运的阵列中的自由上升的气泡被认为是由我们随后，使用数值模拟。在这种情况下，色散被发现是对流增强在低Péclet数，像在有序阵列。在高Péclet数下，有序结构的泰勒色散标度被表征纯机械色散的标度所取代，就像在随机介质中一样，即使无序程度很低。
2022-12-30 physics.flu-dyn
Inertial Particle Dynamics in Traveling Wave Flow
本文研究行波流中惯性粒子的拉格朗日动力学，通过计算FTLE和iFTLE揭示重粒子被吸引至FTLE脊线而轻粒子被排斥，为污染物输运和混合优化提供理论依据。
2024-08-31 nlin.CD physics.flu-dyn
On the scaling of bubble interactions in dynamic turbulence: theoretical, numerical, and experimental study
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
研究高雷诺数下稀气泡衰变均匀各向同性湍流，通过理论、数值模拟和实验，揭示气泡相互作用规律，包括湍动能和耗散率的幂律衰减、欣泽尺度变化及不同区域气泡行为，确定欣泽尺度漂移机制并为相关模型提供指导。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Influence of density and viscosity on deformation, breakage, and coalescence of bubbles in turbulence
本文通过相场法直接数值模拟，研究密度比和黏度比对湍流通道流中可变形气泡群破碎与聚并的影响，发现黏度差异作用显著而密度差异影响可忽略，并揭示了气泡内部湍动能的变化规律。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Microfluidic switchboards with integrated inertial pumps
连接两个不同流体储存器的H形微流体通道的阵列已经用在热喷墨打印头的生产中使用的硅/SU 8微制造技术构建。流体经由蚀刻穿过硅晶片的槽输送到通道。每个H形通道包括四个热喷墨电阻器，四个支腿中的每个支腿中有一个热喷墨电阻器。电阻器使水蒸发并产生驱动气泡，该驱动气泡将流体从大容量储存器泵入和泵出通道。通过改变四个泵的相对频率，输入流体可以以任何比例输送到网络的任何部分。几个流体操作，包括稀释，混合，动态阀门，和路由已被证明。因此，已经实现了不需要外部机械动力源的完全集成的微流体开关板。一个矩阵形式主义来描述复杂的交换机流已经开发和测试。
2018-02-10 cond-mat.other physics.flu-dyn
Elongated bubble centring and high-viscosity liquids in horizontal gas-liquid slug flow: Empirical analyses and novel theory
University of Alberta（阿尔伯塔大学）
研究高粘度液体在水平气液塞流中长泡中心化现象，通过实验数据揭示粘度与中心化程度的关系，并提出新理论解释其机制和作用。
2026-04-25 physics.flu-dyn
Quantifying microbubble clustering in turbulent flow from single-point measurements
单点热线测量的湍流通道的大部分已被执行，以检测和量化的现象，优先气泡积累。我们表明，统计分析的气泡探针碰撞时间序列可以给出一个强大的方法，调查集群在散装地区的湍流，由于不透明的流动，没有成像技术可以采用。我们表明，微气泡（半径R_0 ~ 0.1 mm）在一个发达的湍流，其中的Kolmogorov长度尺度为，eta ~ R_0，在小尺度结构中显示出优先浓度与一个典型的统计签名范围从耗散范围，O（η），低惯性范围，O（100 η）。与欧拉-拉格朗日数值模拟的比较也进一步支持我们提出的方法来表征聚类从时间序列在一个固定的位置。
2008-01-26 nlin.CD physics.flu-dyn
Microbubble surface instabilities in a strain stiffening viscoelastic material
School of Engineering, Brown University（布朗大学工程学院）；Department of Mechanical Engineering, University of Michigan（密歇根大学机械工程系）；Department of Biomedical Engineering, University of Michigan（密歇根大学生物医学工程系）；Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程系）；Department of Aerospace Engineering and Engineering Mechanics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校航空航天工程与力学系）；Texas Materials Institute, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校德州材料研究所）
研究了粘弹性材料中微气泡表面不稳定性，推导出运动学一致的理论模型，验证了其在流变学和超声治疗中的应用。
2026-01-07 physics.flu-dyn
Nanofluid transport in Taylor bubble flows
School of Engineering, University of Birmingham（伯明翰大学工程学院）；School of Chemical Engineering, University of Birmingham（伯明翰大学化学工程学院）
本文开发欧拉-拉格朗日框架研究泰勒气泡流中纳米流体输运，揭示粘滞-惯性区Nu的影响因素，发现颗粒体积分数φ~10⁻²时泰勒流偏离努塞尔特标度，对传统混合方法适用性提出质疑。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Machine-learning energy-preserving nonlocal closures for turbulent fluid flows and inertial tracers
我们制定了一个数据驱动的，物理约束的封闭方法的湍流流体流动的粗尺度数值模拟。我们的方法涉及一个封闭方案，这是非本地的空间和时间，即封闭项参数化的空间邻域的解决量，但他们的历史。数据驱动的计划补充了一个物理约束表示的非线性对流项的能量守恒属性。我们表明，通过这种物理约束不仅增加了封闭方案的精度，但也提高了制定的粗尺度模型的稳定性。我们证明了所提出的计划在流体流动组成的不可压缩的二维湍流射流。具体来说，我们首先开发一维粗尺度模型描述的空间分布的射流。然后，我们进行适当的二维粗尺度模型的湍流封闭的计算。训练数据通过高保真直接数值模拟（DNS）获得。我们还展示了如何开发的计划捕获与惯性示踪剂，如气泡和颗粒，所携带的流量，但不遵循流的浓度场的粗尺度特征。我们彻底研究了不同雷诺数的训练封闭模型的泛化特性，以及与训练阶段使用的射流剖面完全不同的射流剖面。我们还研究了鲁棒性的网格大小方面的派生闭包。总的来说，采用约束的结果是，一维闭包的平均改进为26%，二维闭包的平均改进为29%，对于未用于训练的流量来说，这一改进明显更大。
2021-02-15 physics.flu-dyn
Simulations of Particle-Laden Flows with Large Dispersed-Phase Size Disparities Using Scalable Parallel Adaptive Methods
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Université de Lille（里尔大学）；University of Twente（特温特大学）
本文提出了一种高度可扩展的并行自适应方法，用于模拟具有大分散相尺寸差异的多相流，通过耦合格子玻尔兹曼方法与浸没边界方法，在动态自适应八叉树网格上实现高效并行计算，验证了该方法在气泡-颗粒碰撞等多尺度问题中的准确性和鲁棒性。
2026-10-14 physics.flu-dyn
Multi-curvature viscous streaming: flow topology and particle manipulation
粘性流是指当液体围绕浸没的微特征（通常是固体或气泡）振荡时出现的整流的稳定流动。这种特征局部集中应力的能力产生强烈的惯性效应，流体和浸没的颗粒都在短的长度（0（100）微米）和时间（毫秒）尺度内响应，使得粘性流可以说是在微尺度下利用惯性的最有效的机制。尽管有这种潜力，粘性流已经在相当狭窄的条件下进行了研究，主要是利用均匀曲率的物体（圆柱体，球体），其诱导流拓扑结构仅限于两种制度，传统上称为单层和双层制度。这严重限制了潜在应用的范围，并与惯性聚焦（可能是惯性微流体领域最重要的定义方法）形成鲜明对比，而具有多个曲率的边界长期以来一直用于放大惯性效应，扩展设计空间，并实现新的应用。在这里，我们证明了粘性流的多曲率方法大大扩展了可访问的流拓扑结构的范围。我们表明，数值预测，但从来没有实验观察到的，流动可以物理再现，计算工程，并反过来用于增强粒子操作，过滤和分离的紧凑，强大，可调和廉价的设备。总的来说，这项研究提供了一种途径，可以解锁粘性流的效用，并在制造，环境，健康和医学中具有潜在的应用，从颗粒自组装到微塑料去除。
2021-11-13 physics.flu-dyn
Classifying acoustic cavitation with machine learning trained on multiple physical models
本文提出一种集成Rayleigh-Plesset、Keller-Miksis和Gilmore三种物理模型及多种空化分类技术的物理信息机器学习方法，通过求解气泡动力学方程并交叉验证，实现了对瞬态和稳态声学空化状态的高准确度概率预测。
2025-03-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lagrangian flow networks for passive dispersal: tracers versus finite size particles
本研究构建了拉格朗日流动网络，通过二维运动流场和von Kármán涡街比较惯性粒子与示踪粒子的传输概率，发现示踪粒子近似无法准确预测移动概率，可能导致海洋生物或工业颗粒的命运预测不一致。
2024-07-25 physics.flu-dyn
