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
Rotation and propulsion in 3d active chiral droplets
手性是生物系统研究中反复出现的主题，其中活性过程由化学能转化为功的内部转换驱动。细菌鞭毛、肌动球蛋白丝和微管束是活性系统，也是固有手性的。尽管有一些探索性的尝试，以捕捉手性和运动之间的关系，没有内在的手性系统已经分析过。为了解决这一知识的差距，在这里，我们研究的三维液滴的胆甾相液晶（CLC）嵌入在各向同性液体的内部作用力和扭矩的影响。我们考虑切向锚定的液晶导演在液滴表面。与向列相相反，在向列相中，适度的伸展活动会导致液滴旋转，伸展性液滴表现出更复杂和多样化的行为。我们发现，伸缩力偶极活动稳定复杂的缺陷配置，其轨道动力学耦合热力学手征，推动螺旋状液滴运动。相反，偶极扭矩活动可能会收紧或放松双螺旋，如果调整可以功率旋转与振荡角速度为零的平均值。
2020-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propulsion of active droplets without liquid-crystalline order
细胞的游动，远离任何边界，可以出现在细胞质内的长程液晶秩序的情况下，但缺乏这种效应的简单模型。在这里，我们提出了一个二维模型的液滴自推进涉及两个标量场，代表细胞质和收缩皮层。这些场之间的耦合导致了主动应力;当旋转对称性自发破缺时，就会产生自推进。游泳速度的预测，并显示数值，线性变化的活性参数和液滴面积分数。该模型表现出克劳利样的不稳定性的阵列的活性液滴。
2020-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self propulsion of droplets driven by an active permeating gel
我们讨论的流场和推进速度的活性液滴，这是由体力驻留在刚性凝胶驱动。后者被建模为多孔介质，从而产生渗透力。在最简单的Brinkman方程模型中，多孔介质的特征在于单一的长度尺度$\ell$ -渗透率的平方根。我们计算了液滴内外的流场以及作为$\ell$函数的能量耗散。我们还表明，有最佳的凝胶分数，从而产生最大的线性和旋转速度。在极限$\ell\to\infty$，对应于一个非常稀的凝胶，我们恢复斯托克斯流。相反的极限，$\ell\to 0$，对应于空间填充凝胶，是奇异的，不等同于达西方程，它不能解释自推进。
2018-03-23 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Instability and self-propulsion of active droplets along a wall
活性液滴可以在粘性流中自发游动，这是由于Marangoni和/或由该溶质的不均匀分布产生的泳动流在其表面产生的化学溶质的非线性对流传输，只要对流与扩散溶质传输的比率或Péclet数$\mbox{Pe}$足够大。由于它们的净浮力，活性液滴通常在距刚性边界小的有限距离$d$处演化。然而，现有的模型系统地集中在无界流动，忽略了壁面接近的效果上的推进机制的非线性的本质。与此相反，我们在这里获得一个关键的洞察力，通过分析他们的稳定性，非轴对称扰动和由此产生的自推进沿壁的壁距离$d$上没有限制的假设。根据$d$和$\mbox{Pe}$识别偶极或四极轴对称（悬浮）基态。也许与直觉相反，观察到下降壁分离$d$的减少使这些模式不稳定并促进自推进，这是由于驱动运动的化学梯度的限制诱导的局部化。此外，四极状态是更不稳定的，比他们的偶极同行由于再分配的化学扰动的基流，有利于出现更强的滑移强迫的下降表面。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase diagram morphology shapes droplet propulsion in chemical gradients
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Institute for Theoretical Physics, University of Göttingen（哥廷根大学理论物理研究所）
本文通过薄界面近似推导液滴速度表达式，揭示液滴在化学梯度中向低稳定性区域（相图临界点附近）移动的普遍机制，为设计液滴运动提供新途径。
2026-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Activity-induced droplet propulsion and multifractality
我们开发了一个最小的流体动力学模型，没有取向的序参量，封装在一个液滴的二元流体乳液的收缩游泳者的组件。我们的模型使用两个耦合标量序参量，$ϕ$和$ψ$，分别捕获液滴界面和该液滴内的收缩游泳者的活动。这些序参量也耦合到速度场$\bm u$。在低活性，我们的模型产生了一个自我推进的液滴的质心$(CM)$显示直线运动，供电的时空演变的字段$ψ$，这导致一个依赖于时间的涡偶极子在液滴的一端。当我们增加的活动，这$CM$表现出混乱的超扩散运动，其特征在于其均方位移和液滴界面表现出多重分形波动，其频谱的指数，我们计算。我们探讨我们的研究结果的影响，收缩性游泳者的主动液滴的实验。
2022-09-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Microdroplet self-propulsion during dropwise condensation on lubricant-infused surfaces
水蒸气冷凝在自然界中很常见，广泛用于工业应用，包括水收集，发电和脱盐。与传统的膜状冷凝相比，在润滑剂注入表面（LIS）上的滴状冷凝可以导致传热速率的数量级增加。小液滴（直径小于100 $μ$ m）占总传热量的近85%，液滴清扫在清除成核部位方面起着至关重要的作用，从而允许频繁的再成核。在这里，我们专注于动态的相互作用的微滴与薄的润滑油膜在LIS上的水蒸气冷凝。耦合高速成像，光学显微镜和干涉，我们表明，最初均匀的润滑油膜重新分配冷凝过程中。受润滑剂高度梯度的控制，直径小至2 $μ$ m的微滴经历严格且与重力无关的自推进，以高达1100 $μ$ m/s的速度行进其直径倍数的距离。虽然宏观上的运动似乎是随机的，我们表明，在微观水平上，由于不对称的润滑剂的毛细管吸引力，导致这种重力独立的液滴运动。基于横向力平衡分析，我们定量地发现，在运动过程中的滑动速度最初增加，但在较短的液滴间距急剧下降。最大滑动速度与油的粘度成反比，并强烈依赖于液滴的尺寸，这是在很好的协议与实验观察。这种新颖的和非传统的液滴运动预计将显着提高逐滴冷凝过程中的清扫效率，导致更高的成核和传热速率。
2019-10-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propulsion dynamics of small droplets on general surfaces with curvature gradient
本文用变分法研究了一般曲面上小液滴的自推进动力学。通过对系统中毛细能和粘性耗散的计算，导出了一个新的简化模型。该模型定量地描述了液滴在一般表面上的自发运动。特别是，它恢复了以前的模型，液滴运动的外表面上的圆锥体。在这种情况下，我们通过渐近分析导出液滴的位移$s\sim t^{1/3}$相对于时间$t$的标度律。在不调整模型中摩擦系数的情况下，理论计算结果与已有文献中的实验结果吻合较好。
2021-07-26 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Amoeboid propulsion of active solid bodies, vesicles and droplets: a comparison
本研究统一分析由周期性轴对称非手性形变驱动的可变形固体、囊泡和液滴三种微泳体，通过二阶微扰展开计算其泳动性能并比较，揭示不同泳体在最优冲程和相同冲程下的速度、效率差异及排名规律。
2025-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Adsorption inhibition by swollen micelles may cause multistability in active droplets
实验表明，微滴在表面活性剂溶液中的胶束增溶作用可以激发Marangoni流并自发地自推进。令人惊讶的是，自推进出现，即使当临界胶束浓度被超过和马兰戈尼效应应该饱和。为了解释这一点，我们提出了一个新的模型的溶解活性液滴，这是基于两个基本假设：（a）产品的增溶可能会抑制表面活性剂吸附;（b）增溶防止形成的单层表面活性剂分子在液滴界面。我们使用数值模拟和渐近方法来证明，我们的模型确实具有自发液滴自推进。我们的主要发现是，在轴对称流和浓度场的情况下，两种性质不同类型的液滴行为可能是稳定的相同值的物理参数：稳定的自推进和稳定的对称泵送。虽然这些稳定的制度的稳定性是不能保证在没有轴对称，我们认为，他们将保留各自的稳定流形在相空间中的一个完整的3D问题。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Orientational instability and spontaneous rotation of active nematic droplets
在实验中，浸没在大量表面活性剂溶液中的单个化学活性液晶（LC）液滴可以沿着直线、螺旋形或随机轨迹自推进。在本文中，我们开发了一个极小模型捕捉所有三种类型的自推进轨迹的情况下，垂直锚定在LC-流体界面上的液滴的ACLC。我们模拟由一个单一的首选的极化矢量是两个重定向机制，即内部流动引起的位移的刺猬缺陷和液滴的旋转的主题的下降内的导演字段。在此降阶模型中，液滴的表面活性剂传输和表面活性剂的有序化之间的耦合由液滴的界面性质随表面活性剂极化的变化来表示。我们的分析表明，一种新的模式的取向不稳定性出现从两个重定向机制的竞争，其特征在于由一个自发旋转的螺旋状的自推进轨迹负责的自推进下降。反过来，我们还表明，随机轨迹在各向同性和dropdrops都源于对流驱动的过渡到混沌。不同的推进模式的继承是一致的实验报告的液滴轨迹的形状的转变，作为液滴的大小是不同的。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Non-coalescence and in-plane momentum generation in sessile droplet clusters
本文研究了疏水表面静坐液滴簇中液滴的非聚并现象，发现液滴聚并时的表观接触会产生弹跳相互作用并引发面内动量产生，实现液滴自驱动，为超疏水表面滴状冷凝中的被动液滴去除提供了新途径。
2025-07-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonlinear dynamics of a chemically-active drop: from steady to chaotic self-propulsion
单个化学活性液滴悬浮在表面活性剂溶液中，观察到自推进自发直线，螺旋形，或混乱的轨迹。为了阐明这些滴可以表现出如此惊人的不同的动力学和“决定”做什么，我们提出了一个最小的轴对称模型的球形主动滴，并表明，简单和线性的界面特性可以导致稳定的自推进液滴以及混沌行为。该模型包括两种不同的流动性机制，即，扩散电泳和马兰戈尼效应，将自生的表面活性剂浓度梯度转化为液滴表面的流动。反过来，表面驱动流启动表面活性剂平流，这是唯一的非线性机制，因此，在我们的模型中的动力学复杂性的唯一来源。对完全耦合的水动力和平流扩散问题的数值研究表明，强平流（例如，大的液滴尺寸）可以使稳定的自推进液滴不稳定;一旦不稳定，液滴自发地停止并且出现对称的可延伸流。如果平流与分子扩散相比甚至进一步加强，则液滴可以进行混沌振荡。我们的研究结果表明，这些不稳定性的阈值在很大程度上取决于扩散电泳和Marangoni效应之间的平衡。使用线性稳定性分析，我们表明，diffusiophoresis促进发病的高阶模式的单调不稳定的静止滴。我们认为，扩散电泳有一个移动的下降的不稳定性类似的效果。
2019-01-08 physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stochastic discrete dynamical model for the hydrodynamic analog of a quantum mirage
最近离散动力学模型的步行液滴动力学允许快速数值模拟的水平混沌运动，从而长时间的统计分布的液滴的位置。我们发展了一个离散模型的步行者在一个椭圆形畜栏与两个主导的本征模式。这些本征模式被周期性地激发，每个本征模式具有随机但相关的权重。在每次迭代时，模型计算由于与流体浴的冲击而引起的液滴的水平推进。基于液滴与由本征模激发产生的波场的相互作用来计算推进。我们记录了长时间的统计数据，令人难以置信的是，对于这样一个简单的模型，它们在性质上与实验相似。
2023-02-02 math.DS nlin.CD physics.class-ph
Surface tension propulsion of fungal spores by use of microdroplets
许多食用蘑菇利用表面张力在几微秒内以高速（约1 m/s）喷射出它们的孢子（大小约10微米）。基本上，液滴与孢子的聚结产生了喷射孢子所需的动量。我们在\cite{noblin2}中详细介绍了该机制。在这篇文章中，我们提供了一些细节的高速电影（高达250000 fps）蘑菇孢子弹射附在这个意见书。这段视频是作为2010年流体运动画廊的一部分提交的，该画廊展示了流体动力学视频。
2010-10-17 physics.flu-dyn
Rechargeable self-assembled droplet microswimmers driven by surface phase transitions
人工微泳者的设计通常受到自然微生物策略的启发。这些生物中的许多利用了弹性在低雷诺数下打破运动的时间反演对称性的事实，但这一原则在主动的、自推进的微型游泳者的模型系统中明显缺失。在这里，我们介绍了一类microswimmer自发自组装和游泳，而不使用外力，而不是由温度变化引起的表面相变驱动。游泳者是由分散在表面活性剂水溶液中的烷烃液滴制成的，这些液滴在冷却时开始自我推进，由快速增长的薄弹性尾巴推动。当加热时，相同的液滴通过缩回它们的尾巴来充电，在每个循环中游泳长达数十分钟。大约5摄氏度的热振荡促使游泳者利用环境中的热量并多次充电。我们开发了一个详细的弹性流体动力学模型，这些过程中，并强调所涉及的分子机制。该系统提供了一个方便的平台，研究对称性破缺运动的游泳者利用鞭毛弹性。温和的条件和生物相容性的介质，使这些微泳潜在的探针研究生物推进和人工和生物游泳者之间的相互作用。
2021-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confined self-propulsion of an isotropic active colloid
本研究数值模拟了毛细管内各向同性活性胶体的自推进，发现空间受限通过降低临界Péclet数促进自发运动，并在最优受限比下最大化推进速度，其机制源于受限改变主导输运方式，增强前后浓度梯度。
2021-11-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active nematics on flat surfaces: from droplet motility and scission to active wetting
基于连续流体动力学理论，研究了平坦表面上活性向列相液滴的动力学，发现活性与活性毛细管数控制液滴自驱动、分裂、活性润湿和蒸发等状态，为表面液滴动力学提供了统一的全局描述。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fast directional transport of Leidenfrost droplets on spiked surfaces
本研究通过脊突表面实现Leidenfrost液滴的快速定向传输，提出了一种新的自推进机制，显著提升了液滴传输速度。
2025-12-03 physics.flu-dyn
Supercooled Droplet Icing and Self-Jumping on Micro/nanostructured Surfaces: Role of Vaporization Momentum
降低环境压力下的相变是理解航空航天应用中液体排放和推进过程的关键。一个代表性的例子是固着水滴暴露在高真空下，经历复杂的相变和传输现象，其行为与大气下的行为完全不同。在这里，我们展示了一个以前未探索的方面的机制，控制冰滴自发射超疏水表面时，暴露于低压（~100帕）。与先前报道的在液滴下方推动结冰液滴自跳跃的膨胀引起的局部超压相反，我们表明，在自由表面上的渐进膨胀在液滴结冰和跳跃中起着重要作用。自上而下的蒸发动量和自下而上的局部超压动量的共同作用导致了冻结液滴的蒸发-压缩-分离动力学。我们描绘的跳跃速度的结冰液滴通过分析由冻结和基板结构介导的液滴蒸发，并揭示跳跃方向与空间概率冰核。我们的研究为航空航天和真空工业中极端条件下过冷液滴的相变提供了新的见解。
2022-11-28 physics.flu-dyn
Timescales and Statistics of Shock-induced Droplet Breakup
研究通过模拟冲击波与液滴相互作用，揭示了液滴破裂的多阶段过程及时间尺度特性，为优化液态燃料推进系统提供理论依据。
2025-04-11 physics.flu-dyn
Phenomenology of disruptive breakup mechanism of a levitated evaporating emulsion droplet
乳化液滴的雾化在从NextGen燃烧器到生物医学植入物制造的各种应用领域中普遍存在。对乳液中的雾化机制的理解可以导致高效系统的定制设计的范式转变，无论是在能源还是生物技术领域。在本文中，我们具体研究了蒸发无接触（声悬浮）乳化液滴（水-油）在外部加热下的破碎机理。在蒸发液滴的寿命期间观察到三种不同的制度。最初，液滴直径随时间线性回归，随后由于乳液组分之间的沸腾温度的显著差异而产生蒸汽泡成核。该气泡的破裂导致液滴的高强度破裂，从而导致残留液体以冠状片的形式推进。膨胀冠的面积与时间的平方成线性关系。据推测，液体片的膨胀使较大的水子液滴朝向边缘离心，导致独特的空间分离。随后，我们报告的第一个观察复杂的补丁（代表水的子液滴）和破裂的薄片相邻的补丁成孔（与孔的增长率范围从1.2到1.4米/秒）的上下文中的蒸发孤立的乳液液滴。孔的形成导致韧带的产生，所述韧带经历分裂成Sauter平均直径（SMD）约50 μm的次级液滴。
2020-02-17 physics.app-ph physics.flu-dyn
Numerical Investigations of Jet A Hexane Binary Fuel Droplet Impact on a Heated Solid Surface
本文采用VOF方法数值研究了Jet A-Hexane二元燃料液滴在加热固体表面的撞击动力学，揭示了燃料混合对铺展、沸腾和回弹的影响，并提出了韦伯数、铺展比与壁面热流密度的新关联式。
2025-09-16 physics.flu-dyn
