Current-driven flow instabilities in large-scale liquid metal batteries, and how to tame them
使用液态金属电池被认为是电网稳定的一个有前途的选择。虽然考虑到规模经济，优选这种电池的大型版本，但是它们容易受到各种磁流体动力学不稳定性的影响，这意味着由于触发的流体流动而导致电池短路的风险。在这里，我们专注于电流驱动的泰勒不稳定性，并给出其发病的临界电流以及出现的流动结构和速度的数值估计。发现了不同材料、电池尺寸和几何形状的标度律，并进一步讨论和比较了防止不稳定性的各种方法。
2013-11-28 physics.flu-dyn
Sloshing instability and electrolyte layer rupture in liquid metal batteries
液态金属电池（LMB）今天被讨论为一种廉价的电网规模的能量存储，如部署波动的可再生能源所需。LMB是由两种液态金属组成的稳定密度分层结构，中间由一层薄薄的熔盐层隔开，因此容易受到流体流动的影响而短路。利用直接数值模拟，我们研究了一个晃动长波界面不稳定性的圆柱形电池，这是已知的铝电解槽。在描述了不稳定性机制之后，我们研究了电池电流、层厚度、密度、粘度、电导率和背景磁场的影响。最后，我们研究了界面的形状，并给出了一个无量纲参数的晃动以及短路的发病。
2016-12-12 physics.flu-dyn
Shallow water modeling of rolling pad instability in liquid metal batteries
分析了液态金属电池中磁流体动力学引起的界面不稳定性。这种电池由一个简化的系统表示，它是一个长方形的电池单元，其中强大的垂直电流流过三个水平层：底部的重金属层、顶部的轻金属层和中间的电解质层。本文推导了一个新的基于保守浅水近似的二维非线性模型，并用于数值研究。据发现，在电解质和金属之一之间的密度差小的情况下，不稳定性非常类似于先前在铝电解槽中观察到的滚动垫不稳定性。当两个电解质-金属密度差相当时，不稳定系统的动力学更加复杂，其特征在于两个近似对称或反对称的界面波之间的相互作用。
2017-12-27 physics.flu-dyn
Thermally driven convection in Li||Bi liquid metal batteries
液态金属电池（LMB）是一种很有前途的概念，用于电网级的廉价电能存储。这些被构建为三个液体层的稳定密度分层，其中两个液体金属被熔融盐分开。为了确保安全和有效的操作，在LMB的传输现象的理解是必不可少的。基于这种动机，我们研究了由内部生热引起的热对流。我们考虑电池的电化学性质，以确定热平衡和操作参数。此外，我们建立了一个简单的一维热传导模型以及一个全三维热流体动力学模型。后者是在计算流体力学库OpenFOAM中实现的，扩展了流体体积求解器，并对伪谱代码进行了验证。两种模型都用于研究矩形10x10 cm Li|| Bi LMB电池处于三种不同的充电状态。
2018-05-29 physics.flu-dyn
MHD stability of large scale liquid metal batteries
本文的目的是发展一个稳定性理论和一个数值模型的三个密度分层的导电液体层。利用正则摄动法将全三维问题简化为浅层模型，导出了耦合波方程和电流方程。问题的建立允许弱非线性速度场作用和任意垂直磁场。耦合方程的进一步线性化用于均匀垂直磁场情况下的线性稳定性分析。新的分析稳定性标准占粘性阻尼推导出特定的情况下的实际利益和比较的数值解的各种材料中使用的电池。新准则同样适用于铝电解槽MHD稳定性估计。
2018-02-15 physics.flu-dyn
Anode-metal drop formation and detachment mechanisms in liquid metal batteries
我们用数值方法研究了Li中的局部短路||双液态金属电池。在一个经典的，三个液体层系统的原型，我们假设一个可感知的局部变形的锂盐界面。我们发现，总是存在一个临界电流，在该电流下，锂液滴被切断，并转移到双相。在第二种情况下，我们假设熔融的Li包含在金属泡沫中，并且由于润湿不足，在该泡沫下方出现小的Li液滴。该液滴在洛伦兹力的作用下变形，直到最终被夹断。在这里，临界电流略低于三层系统中的临界电流，并且观察到液滴转移和完全短路。最后，我们讨论了我们的模拟实验观察到的短路和非法拉第锂转移的相关性。
2021-08-23 physics.flu-dyn
Layer coupling between solutal and thermal convection in liquid metal batteries
十多年来，液态金属电池（LMB）的主要目的是提供经济的固定能量存储。LMB具有两个由熔盐电解质隔开的液态金属电极，在高温下作为简单的浓差电池工作。因此，有效的传质是其经济运行的基本前提。理解这些机制不能局限于单层级别。有了这个动机，溶质和热驱动流的影响进行了研究，以及细胞的三个液体层之间的流动耦合。结果表明，溶质对流最先出现，热对流出现较晚。虽然溶质流的存在取决于操作模式（充电或放电），但热对流的发生取决于几何形状（层的厚度）。层之间的流动现象的耦合是有趣的：虽然热对流被限制在其起源区域，即电解质，溶质对流能够驱动正极和电解质中的流动。
2022-02-07 physics.flu-dyn
Metal pad roll instability in liquid metal batteries
可再生能源的部署越来越多，需要对电网进行三项根本性的改变：更多的输电线路、需求的灵活性和电网规模的储能。目前，液态金属电池（LMB）被认为是一种很有前途的固定能量存储方式。LMB是由两种液态金属通过液态盐分离而成的稳定密度分层结构，具有三个主要优点：价格低、寿命长和极高的电流密度。为了便宜，LMB必须建造得很大。然而，千安培量级的电池电流可能导致磁流体动力学（MHD）不稳定性，在最坏的情况下，这可能使薄电解质层短路。铝电解槽中的金属垫辊不稳定性被认为是LMB最危险的现象之一。我们开发了一个数值模型，结合流体和电动力学与流体体积的方法，来模拟这种不稳定的圆柱LMB。我们解释了类似于铝电解槽中的不稳定机制，并给出了一些初步结果，包括不稳定性的增长率和振荡周期。
2016-12-12 physics.flu-dyn
Large Scale Liquid Metal Batteries
液态金属电池是大规模储能的可能候选者，为间歇性风能和太阳能开发提供了可能的突破。其实际应用的主要问题是在高温下的操作和对液体运动的敏感性。液态金属电池的概念与铝电解生产电池非常相似。两液层MHD效应可以投射到三液层自隔离结构的电池上。本文提出了三个密度分层的导电液体层的数值模型，使用3D和浅层近似占特定的MHD效应在电池活动期间。它表明，这些电池的稳定运行，可以实现，如果再利用现有的铝电解槽线的基础设施。数值算例说明了磁流体动力学过程的基本原理。
2018-02-19 physics.app-ph physics.flu-dyn
Layering Theory of Liquids at Solid Interfaces: Interfacial Layering Oscillator Model
State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）；Shahid Rajaee Teacher Training University（沙希德·拉贾伊教师培训大学）
本研究提出界面分层振荡模型，用于高效预测液体在固体界面的密度分层特性，适用于多种液体和表面，推动纳米流体力学与材料设计发展。
2025-12-12 physics.flu-dyn
Laboratory model of electrovortex flow with thermal gradients, for liquid metal batteries
提出了一种新的实验装置，用于研究液态金属电池（LMBs）中的流体动力学。LMB是一种适用于电网规模储能的有前途的技术，但流量仍然是决定其可行性的一个混杂因素。流动的两个重要驱动因素是由操作期间的内部加热引起的热梯度和由发散电流密度引起的电涡流（EVF）。我们的设置探讨热梯度和电涡流单独和组合在一个圆柱形层的液体镓，模拟在一个单层的LMB的行为。在这项工作中，我们讨论了我们的材料，热控制和电流控制的选择的设计原则。我们还详细介绍了我们的诊断工具-热电偶测量温度和超声多普勒测速（UDV）探头速度-以及选择其在设置中的位置的设计原则。我们还讨论了用于量化和可视化流程的后处理工具。最后，我们验证对流和EVF在我们的设置：我们表明，我们的数据产生的无量纲参数之间的标度关系与理论和以前的研究一致。
2021-08-03 physics.flu-dyn
Interface Dynamics at a Four-fluid Interface during Droplet Impact on a Two-Fluid System
University of Waterloo（滑铁卢大学）
研究液滴冲击两液体系时四液体界面的动力学，探讨粘性耗散、界面拉力和核心滴动能对颈缩动力学的影响，揭示不同体积和展开度的界面液体层对颈缩动态的转变机制。
2024-08-16 physics.flu-dyn
Competing forces in liquid metal electrodes and batteries
液态金属电池被提出用于低成本电网规模的能量存储。在它们的操作期间，固体金属间相通常在阴极中形成并且已知限制电池的容量。液体电极中的流体流动可以增强质量传递并减少局部金属间化合物的形成，并且可以通过仔细选择电池电连接的位置和拓扑来促进流体流动。在这方面，我们研究了四种现象，驱动流：瑞利-贝纳德对流，内部加热对流，电涡流，旋流，在实验和模拟。在实验中，我们使用超声多普勒测速仪（UDV）来测量160°C下共晶PbBi电极中的流动，并受到所有四种现象的影响。在数值模拟中，我们将这些现象隔离开来，并使用OpenFOAM分别进行模拟。通过UDV梁模型的模拟速度与实验比较，我们发现所有这四种现象都可以增强LMB中的传质。我们解释了流动方向，描述了如何相互作用的现象，并提出了无量纲的数字估计它们的相互关联。电气连接的简要讨论总结了我们工作的工程意义。
2017-11-06 physics.flu-dyn
Interfacial tension in water at solid surfaces
最近提出了一个在非平面凹型固体表面上以界面张力为基础的液体中形成空化核的模型。本文报道了用原子力显微镜对水-固界面的研究，以阐明界面液体张力的实验效应。结果支持这种张力的发生和空隙发展在固液界面。
1999-01-13 physics.flu-dyn
Role of interfacial stabilization in the Rayleigh-Bénard convection of liquid-liquid dispersions
Tor Vergata University of Rome（罗马托尔维尔加塔大学）；North University of China（中北大学）
研究界面稳定作用对液-液分散体Rayleigh-Bénard对流热传递的影响，发现稳定系统在介观尺度热流波动更显著。
2025-12-11 physics.flu-dyn
A numerical investigation on the influence of liquid properties and interfacial heat transfer during microdroplet deposition onto a glass substrate
本文研究了不同温度下微液滴在玻璃基片上的撞击。应用有限元模型模拟了该过程中的瞬态流体动力学和传热过程。在等温和非等温条件下的碰撞结果为四种液体：异丙醇，水，介电流体（FC-72）和共晶锡铅焊料（63 Sn-37 Pb）。这项工作的目的是选择液体的数值和实验相结合的研究，涉及高分辨率，基于激光的界面温度测量测量微滴沉积过程中的界面传热。应用包括喷雾冷却、微型制造和涂层工艺以及电子封装。初始液滴直径和撞击速度分别为80 μm和5 m/s。对于等温冲击，我们的模拟与水和异丙醇显示出非常好的协议与实验。显示并比较了所有四种液体的铺展幅度和速率。对于非等温冲击，瞬态液滴和基板温度以无量纲的方式表示。在滴和基板之间的界面处的不完美的热接触的影响进行评估的界面Biot数的一个现实的范围。我们讨论了界面Biot数和流体力学对相变起始的耦合影响。
2010-10-13 physics.flu-dyn
Vertical-supercooling-controlled interfacial instability for a spreading liquid film
本文研究垂直过冷条件下铺展液膜前沿的指进不稳定性，揭示其与垂直凝固过程的时间尺度强相关，并归因于热粘性效应，展示了通过结构设计和温度调控界面稳定性及引导液体流动的潜力。
2024-07-08 physics.flu-dyn
How to circumvent the size limitation of liquid metal batteries due to the Tayler instability
近来，已经提出了一种新型电池，其依赖于液态准金属正极、液态电解质和液态金属负极的自组装原理。虽然这种配置已经声称允许任意放大，但由于被称为泰勒不稳定性的电流驱动的扭结型不稳定性，这种系统存在尺寸限制。我们描述了这种不稳定性在大规模自组装液态金属电池，并讨论了各种技术手段如何可以避免。
2011-05-24 physics.chem-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Marangoni Interfacial Instability Induced by Solute Transfer Across Liquid-Liquid Interfaces
针对双液层系统中溶质传递诱导的Marangoni界面不稳定性，本研究开发相场数值模型，揭示扩散系数比主导短波不稳定性、粘度比主导长波不稳定性的规律，明确两类不稳定性的场耦合差异，深化界面动力学理解。
2024-11-28 physics.flu-dyn
Characterization of gas diffusion electrodes for metal-air batteries
气体扩散电极通常用于高能量密度的金属-空气电池中以供应氧气。疏水性粘合剂材料确保了孔隙网络中气相和液相的共存。相分布对传输过程和电化学反应有很大的影响。在这篇文章中，我们提出了二维和三维Rothman-Keller型多相格子玻尔兹曼模型，考虑到气体扩散电极的非均匀润湿行为。模拟上进行的FIB-SEM三维重建的Ag模型电极预定义的饱和度的孔隙空间与液相。所得到的压力-饱和度特性和传输相关性是连续尺度上的建模方法的重要输入参数，并且允许有效地开发改进的气体扩散电极。
2017-01-30 physics.flu-dyn
Electromagnetically driven convection suitable for mass transfer enhancement in liquid metal batteries
液态金属电池（LMB）是近年来提出的一种廉价的大规模储能装置。迫切需要这种装置来平衡高度波动的可再生能源。在放电过程中，金属间化合物相倾向于在LMB的阴极中形成。这些不仅限制了向上可扩展性，而且限制了单元的效率。在完全液态的电池中产生温和的流体流动将平滑浓度梯度并最小化金属间化合物的形成。在这方面，我们研究电涡流数值。我们模拟了最近LMB相关的实验，并讨论了如何优化细胞的进料线，以提高传质。的洛伦兹力，以克服稳定的热分层在阴极的细胞，我们表明，热效应可能会降低电涡流流速相当大。最后，我们研究了地球磁场对流动的影响。
2018-02-01 physics.app-ph physics.flu-dyn
Interfacial instability induced by lateral vapor pressure fluctuation in bounded thin liquid-vapor layers
我们研究了由刚性平行壁从下面和上面的薄液-汽层的不稳定性。在该系统中，界面不稳定性是由横向蒸汽压波动引起的，这反过来又归因于相变的影响：蒸发发生在界面的较热部分，冷凝发生在较冷的部分。高蒸汽压向下推动界面，低蒸汽压向上拉动界面。一组方程描述的时间演变的界面的液体-蒸汽层的推导。该模型忽略了界面处质量损失或增加的影响，并保证了液层的质量守恒。线性稳定性分析结果表明，局部饱和温度的压力依赖性的存在减缓了长波扰动的增长。较薄的蒸汽层增强了蒸汽压效应。我们发现的稳定性判据，这表明，只有轻微的温度梯度是足以克服重力作用的水/蒸汽系统。这同样适用于瑞利-泰勒不稳定的情况，如果调节系数低于某个临界值，蒸汽压效应可能会减弱。
2009-07-30 physics.flu-dyn
Measurement of interfacial wave dynamics in orbitally shaken cylindrical containers using ultrasound pulse-echo techniques
我们提出了一个新的实验界面波动力学的轨道振动圆柱形容器包含两个和三个流体层。实验设计为铝电解槽和液态金属电池的流体动力学模型，以获得对金属垫滚动不稳定性驱动的旋转波动的新见解。不同的选项，以实现稳定和可测量的多层分层。我们介绍了一种新的声学测量程序，允许重建波振幅也在不透明的液体通过跟踪反射的界面上的超声脉冲回波。测量了不同界面位置下的共振曲线和相移。观察到顶壁和底壁的强烈影响，当界面越来越接近时，大大降低了波幅和本征频率。最后，测量的共振曲线成功地与现有的强迫波理论，我们扩展到两层界面波。比较强调了仔细控制接触线处边界条件的重要性。
2018-07-31 physics.flu-dyn
The effects of solid-liquid interfacial tension on the settlement of sediment flocs
本文研究了泥沙固液界面张力对泥沙絮体沉降的影响。通过对机械化学和物理化学的讨论，给出了包含界面张力和初级粒径\textit{etc.}等絮体生长动力学信息的沉降速度表达式。结果表明，泥沙絮体的平均沉降速度随固液界面张力的增大呈幂律增大，随初始粒径的增大而减小。本文提出了一种分析不同絮凝条件下泥沙絮体沉降行为的通用方法，并通过将典型的实验数据拟合到由界面张力与电解质浓度关系建立的依赖于电解质浓度的沉降模型，验证了张力诱导絮凝假设的合理性。
2006-09-21 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Interfacial instability in turbulent flow over a liquid film in a channel
在这里，我们重新审视的稳定性的变形界面，分离一个充分发展的湍流气体流从薄层的层流液体。与以前的工作不同，这里提出的湍流基态速度分布只需要一个流量或压降的规格，而没有后验选择的参数。此外，基本状态包含足够的细节，使得它允许由于粘度对比机制（原来是占主导地位的）以及由于临界层型机制的不稳定性，它是对文献中可用的实验和数值数据进行验证。此外，在湍流应力分布的扰动的影响进行了研究，并证明，第一次，是小的情况下，其中的液体层是薄的。液体层的详细建模elaborates两个不稳定的模式，模式竞争可能发生，虽然在大多数情况下，不稳定性是由于粘度对比机制。特别地，存在表面粗糙度可以降低界面模式的生长速率的可能性，并且将液体层不稳定性促进到最危险模式的状态。我们的基态模型有利于一个新的定义“慢”和“快”波。我们使用线性稳定性分析来确定影响波速的因素，并根据这里提出的定义证明波浪是“慢”的。最后，我们将计算结果与实验数据进行了比较，得到了很好的一致性。
2010-05-26 physics.flu-dyn
Experimental Study of the Interfacial Waves in Horizontal Stratified Gas-liquid Two-phase Flows by Using the Developed Image Processing Technique
在内径为26 mm的气液两相流实验装置上进行了气液两相分层流动的实验研究。透明亚克力水平管。研究的目的是确定流动的界面波特性，并开发一个高质量的数据库，它的管道的纵向截面被用作图像记录的参考截面。空气和水被用作测试流体，在管道内并流流动。为了保证气液两相分层流动的充分发展，在距入口管轴向约5 m处用高速摄像机记录了流动行为。为了校正由于丙烯酸管引起的折射，在可视化测试部分中采用了校正盒。通过对24组表观气速和表观水速的可视化研究，成功地记录了光滑分层两相流和波浪分层两相流，并将其分类。然后使用数字图像处理技术进行定量分析，并将结果用于评估现有数据。在本研究中，图像处理技术进行，以获得液体的持液率分布。目前的结果表明，与以前的工作令人满意的协议。
2015-11-19 physics.flu-dyn
Interfacial Tension Modulation of Liquid Metal via Electrochemical Oxidation
本文综述了电化学氧化调节镓基合金界面张力的最新研究进展。这些合金在环境条件下为液体，在室温下具有任何液体中最大的界面张力。调节张力的能力提供了产生改变金属形状和位置的力的可能性。自19世纪末以来，人们就知道电毛细作用--利用电势来调节电解质中金属表面的双电层--降低了液态金属的界面张力。然而，这种现象只能实现界面张力的适度变化，因为它限于避免反应的潜在窗口。最近的发现表明，由镓合金的电化学氧化驱动的反应导致界面张力从0 V下的~500 mN/m降低到~ 0.8V下的~0 mN/m，张力的变化远远超过了通过常规电毛细作用或表面活性剂可能实现的变化。张力的变化是可逆的;还原电位使金属回到高界面张力状态。本报告旨在总结关键工作，并通过包括电化学基础知识，同时解决误解，向初学者介绍这一领域。我们讨论了利用调制液态金属的界面张力的应用，并得出结论，剩余的机会和挑战，需要进一步调查。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Deterioration of water evaporation by impurity accumulation at the liquid-vapor interface during nucleate boiling
针对水蒸发界面阻力的accommodation系数数据分散问题，本研究通过测量核态沸腾中微层厚度和加热器温度，发现界面杂质积累导致热阻线性增加，解释了系数分散性。
2025-08-25 physics.flu-dyn
Interfacial dripping faucet: generating monodisperse liquid lenses
本文提出界面滴漏现象，通过粘性液体沿不混溶弯月面滑下并周期性断离产生单分散液体透镜，类比单相滴漏并用铺展系数替代表面张力，为界面乳液动力学研究开辟前景。
2024-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Miscibility and wettability: how interfacial tension influences droplet impact onto thin wall films
实验研究了液滴撞击薄壁薄膜过程中液体润湿性和可渗透性的影响。尽管类似的液体性质和冲击条件，飞溅的限制，冠扩展和上升阶段的持续时间的差异进行了观察。这些差异与液滴/壁膜液体对的界面张力有关，这与它们的可润湿性和可润湿性有关。更准确地说，通过计算冠表面能，我们表明，存储在液滴和壁膜之间的界面（如果有的话）的能量是不可忽略的，并导致较小的冠扩展和需要更多的动能启动飞溅。同样，通过计算修改后的毛细管时间考虑到所有的表面和界面张力，我们表明，界面张力作为一个不可忽略的反冲力，这减少了上升阶段的持续时间。如果考虑到运动中液体质量的变化，则对于不同的壁膜厚度，很好地捕获了该上升阶段的动态。总的来说，液滴/壁膜相互作用可以被看作是惯性毛细管系统，其中液滴和壁膜之间的界面张力在能量储存和冲击过程中的冠动力学中起着重要的作用。此外，该分析强调，粘性损失已经有显着的效果，在冠延伸阶段，通过耗散几乎一半的初始能量的液滴冲击到薄壁膜，最有可能通过影响毛细管时间尺度通过阻尼。
2020-07-15 physics.flu-dyn
A two-phase mixing layer between parallel gas and liquid streams: multiphase turbulence statistics and influence of interfacial instability
平行气液两相流之间形成的两相混合层是多相湍流的一个重要基础问题。这个问题与许多工业应用和自然现象有关，例如燃料喷射系统中的空气喷射雾化器和海洋中的破碎波。气体和液体流之间的速度差触发界面不稳定性，其可以是对流的或绝对的，这取决于流的性质和注入参数。本文对处于绝对不稳定区的气液两相混合层进行了直接数值模拟。在数值模拟中观察到了一个主频率，数值结果与粘性稳定性理论的预测吻合得很好。由于界面波在湍流转捩和发展中起着关键作用，湍流脉动（如涡度拟能）的时间演化也表现出类似的频率。为了研究多相湍流的统计响应，模拟已经运行了很长的物理时间，以便可以进行时间平均，以产生雷诺应力和湍流动能（TKE）预算的统计收敛结果。已经进行了使用800万至约40亿个单元的广泛的网格细化研究。与TKE预算中的其他条款相比，湍流耗散对网格分辨率的要求很高。与最好的网格得到的结果被证明是不远的收敛结果的湍流耗散，使我们能够获得估计的Kolmogorov和Hinze尺度。计算的Hinze尺度明显大于观察到的液滴的尺寸，并且似乎不是描述雾化中形成的液滴的最小尺寸的相关长度尺度。
2018-08-06 physics.flu-dyn
Long-time Evolution of Interfacial Structure of Partial Wetting
当固体板从部分润湿的液体中取出时，液体层使移动的基底去湿。高速成像揭示了在稳态下在横向方向上的夹带层中交替的薄区域和厚区域。本文系统地比较了这种情况下的反向过程，强制润湿，其中固体夹带空气层沿其表面，因为它被推入液体。为了精确地量化这些稳态结构的绝对厚度，我开发了一种光学技术，利用干涉的角度依赖性，结合基于极大似然估计的方法。数据显示，膜的两个区域的厚度与毛细管数Ca成比例。此外，在发病期间观察到一个新的区域，该区域不同于先前模型预测的行为。
2020-06-29 physics.flu-dyn
Impact of inlet gas turbulence on the formation, development and breakup of interfacial waves in a two-phase mixing layer
本研究通过直接数值模拟，系统探究入口气体湍流强度对两相混合层界面波形成、发展及破碎的影响，发现湍流增强纵向不稳定性频率与增长率，并改变液膜破碎及液滴统计特性。
2023-11-14 physics.flu-dyn
A Sharp and Conservative VOF Method for Multicomponent Liquid--Gas Mass Transfer: Bubble Dissolution and Droplet Evaporation
School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, School of Aerospace, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学航空航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室）
本文提出一种高分辨率守恒VOF-有限体积法，用于求解多组分液-气质量传递问题，经多类算例验证，该方法精度达二阶，可准确预测界面通量、保证质量能量守恒，还能捕捉复杂多组分效应。
2026-08-21 physics.flu-dyn
Generation of interfacial waves by rotating magnetic fields
本文研究了低频旋转磁场驱动两相流产生的界面波，构建线性波模型并导出解析解，通过非侵入式声学实验验证了理论预测，发现其能改善冶金传质并伴随高次谐波激发。
2024-01-08 physics.flu-dyn
A versatile multilayer liquid-liquid encapsulation technique
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出一种多层液-液封装技术，通过Y型交汇复合液滴生成器实现多层封装，克服了传统方法的动能依赖，展示了其在多种液体中的应用潜力。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Fluctuation-induced dynamics of multiphase liquid jets with ultra-low interfacial tension
在微米尺度下控制流体动力学对于乳液科学和材料设计是必不可少的，这在日常生活中无处不在，并且在工业应用中经常遇到。大多数多相流的研究集中在具有相当大的界面张力的油-水体系。微流体技术的发展使得对具有更复杂动力学的多相流的研究成为可能。在这里，我们表明，在一个共同流动的连续相与超低界面张力包围射流的界面的演变提出了新的机会，控制流动形态。谐波扰动的分散相的引入导致形成具有独特形状的界面。周期性结构可以通过控制流体流速和输入扰动来调节;这表明了在超低界面张力下惯性效应在流动控制中的重要性。我们的工作为超低界面张力下的微流体流动及其潜在应用提供了新的见解。
2013-10-05 physics.class-ph physics.flu-dyn
Non-Monotonic Marangoni Suppression of Hydrodynamic Coarsening in Bicontinuous Liquid-Liquid Phase Separation
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
研究通过相场模型揭示可溶表面活性剂通过Marangoni应力非单调抑制双连续相分离的流体动力学粗化过程，发现表面活性剂的Péclet数对抑制效果有关键影响。
2026-04-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Specific interface area and self-stirring in a two-liquid system experiencing intense interfacial boiling below the bulk boiling temperatures of both components
我们提出了一种方法来理论评估的平均比界面面积$(δ{S}/δ{V})$的两个不混溶的液体经历界面沸腾搅拌系统。该评价是基于湍流边界层中机械能转化的平衡和动量、热量传递的规律。该理论产生特定的界面面积和系统状态的特征之间的关系。特别是，这使我们能够在没有外部热量供应的情况下推导出系统的自冷却动力学方程。研究结果为建立界面沸腾过程的完备数学描述提供了可能。在这项研究中，我们假设两种组分的体积分数是相似的，以及它们的运动粘度和分子热扩散率的值。
2017-02-08 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Comparison of the effect of horizontal vibrations on interfacial waves in a two-layer system of inviscid liquids to effective gravity inversion
本文研究了高频切向振动作用下两个水平不混溶液体薄层界面上的波。非线性控制方程推导的情况下，二维和三维流和任意比例的层厚度。推导是在长波长近似的框架内进行的，这与薄层系统的线性不稳定性是长波长的有关。方程的动力学是可积的，方程本身可以与浅水中重力波的Boussinesq方程进行比较，这允许人们将振动场的作用与重力的作用及其可能的有效反演进行比较。
2018-10-29 nlin.PS physics.flu-dyn
Interfacial instability of liquid films coating the walls of a parallel-plate channel and sheared by a gas flow
本文研究了平行平板通道壁面液膜在压力驱动气流作用下沿通道中心剪切的稳定性。该膜容易受到长波长的不稳定性，其动态行为被发现-足够低的雷诺数和厚的气体层-由两个耦合的非线性偏微分方程描述。据我们所知，这种耦合的膜厚度的完全非线性方程没有推导出以前。在材料性质和初始未扰动液膜厚度相等的条件下进行的线性稳定性分析可以用来确定界面主要是由剪切应力的变化还是由作用在它们上的压力梯度的变化而不稳定。弱非线性方程的分析表明，对应于一个消失的雷诺数的不稳定性是缺席的系统。此外，对于这种配置，沿两个界面出现的图案被发现是相同的长时间限制，这意味着电影是完全同步的。一个不同的设置，其中的液体膜具有相同的材料特性，但它们的未受干扰的厚度不同，进行了数值研究。结果表明，即使对于这种配置的界面波保持相位同步和密切相关的参数范围很广。这些发现对于狭窄管道中的多相流特别相关，例如在呼吸系统或微流体通道中。
2016-04-20 nlin.PS physics.flu-dyn
Interfacial deformation and jetting of a magnetic fluid
最近在理论上和实验上提出了一种通过施加的磁场梯度在液体-空气界面处形成和收集磁性材料聚集体的有吸引力的技术[软物质，（9）2013，8600-8608]：当磁场较弱时，液体-空气界面的偏转具有稳定的形状，而对于足够强的磁场，界面不稳定并形成提取磁性材料的射流。受这项工作的启发，我们开发了一个数值模型的密切相关的问题，解决两相纳维-斯托克斯方程耦合静态麦克斯韦方程组。我们计算模型所产生的力由一个永磁体产生的磁场梯度，从而确定磁流体（一个纯铁磁流体系统）的界面偏转和过渡到射流。我们分析了变形阶段的液体-空气界面的形状和静态界面转变为射流的临界磁体距离。我们得出的结论是，我们的数值模型能够预测大的界面变形和随之而来的喷射，而无需任何拟合参数。
2015-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
How molecular effects affect solutal Marangoni convection
界面张力梯度在被称为马兰戈尼效应的过程中驱动沿着液-液界面的流动。这种梯度可以由表面活性剂引起，这在文献中已经被广泛研究。人们对它的纳米级性质知之甚少，其中分子界面显示出与本体液体物质分离的性质，如界面粘度。本文采用分子动力学模拟研究了分子溶质的Marangoni效应。我们表明，分子界面效应是重要的，应该占在纳米流体制度。流体动力学模型可以用包括它们的有效项来扩展。
2021-06-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
CLIP: A CUDA-Accelerated Lattice Boltzmann Framework for Interfacial Phenomena with Application to Liquid Jet Simulations
本研究提出CUDA加速的相场格子玻尔兹曼框架CLIP，采用WMRT碰撞算子提升稳定性与精度，经多基准验证后应用于液体射流模拟，准确捕捉流态转变并得到临界韦伯数，为多相流界面研究提供高效易用工具。
2025-05-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A method for simulating interfacial mass transfer on arbitrary meshes
本文提出了一种在有相变的两相流界面捕获模拟中模拟界面传质的方法。该模型可以在任意计算网格上的汽-液界面的局部相变速率的机械预测，并适用于涉及具有大密度比的两相混合物的实际情况。模拟方法是基于流体体积（VOF）表示的流量，其中发生传质的界面区域隐含地识别相指示器，在这种情况下，液体的体积分数，其从属于“散装”液体的值到散装蒸汽的值。这里提出的新方法已实施使用有限体积的框架和解决方案的方法典型的“工业”CFD实践。所提出的捕获质量传递的方法适用于任意网格，而不需要像在其他技术中经常做的那样引入精细但人工涂抹的质量传递项。该方法已被验证，通过与平面界面蒸发和气泡生长测试情况下的解析解比较，并对蒸汽气泡生长的实验观察。
2020-12-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wall slip of complex fluids: interfacial friction or slip length?
利用动态表面力仪，我们证明了用于描述简单液体边界流动的滑移长度的概念，是不适合粘弹性液体。相反，适当的描述在于原来的Navier的部分滑移边界条件，制定的界面摩擦系数。我们建立了一个精确的解析表达式，以提取的界面摩擦系数从一个球体和一个平面之间的振荡排水力，适用于动态SFA或原子力显微镜非接触测量。我们用这个模型来研究粘弹性聚合物溶液的边界摩擦超过5个十年的膜厚度和一个十年的频率。正确使用的原始Navier的条件准确地描述了复杂的流体动力的规模高达几十微米，一个简单的“牛顿”的摩擦系数，不依赖于频率，并密切反映了动态的界面耗尽层在溶液/固体界面。
2018-05-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interfacial mechanisms for stability of surfactant-laden films
液体薄膜是日常生活的核心。它们普遍存在于现代技术（药品、涂料）、消费品（泡沫、乳液）中，也具有重要的生物功能（眼睛的泪膜、肺部的肺表面活性剂）。所有这些例子的共同特征是在空气-液体界面处存在表面活性分子。虽然它们只形成分子薄层，但这些表面活性剂在自由表面上产生复杂的表面应力，这对下面的薄液膜的动力学和稳定性具有重要影响。在这里，我们进行简单的减薄实验，探索的基本机制，使表面活性剂分子减缓重力驱动排水的底层膜。我们提出了一个简单的模型，适用于可溶性和不溶性表面活性剂系统。我们表明，表面活性剂与有限的表面流变性的影响，通过粘弹性界面应力的体积流量，而表面活性剂与无粘表面实现稳定，通过相对的表面张力引起的马兰戈尼流。
2016-08-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Sub-Nanometer Interfacial Hydrodynamics: The Interplay of Interfacial Viscosity and Surface Friction
该研究提出位置相关的表面摩擦与界面黏度分布框架，结合Stokes方程描述亚纳米界面流动，通过分子动力学模拟揭示相关参数的幂律及与黏附功的指数关系，为多领域纳米流体研究提供基础。
2025-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
