Slip of submerged two-dimensional liquid-infused surfaces in the presence of surfactants
采用数值模拟的方法，研究了表面活性剂引起的Marangoni应力对含横向沟槽的液体注入表面（LIS）有效滑移长度的影响。假设表面活性剂可溶于剪切表面的外部液体中，并且可以吸附到界面上。使用两种不同的吸附模型：一个经典的Frumkin模型和一个更先进的模型，更好地描述了表面张力的减少，为微小的浓度。模拟结果表明，LIS可能面临更严重的影响，表面活性剂比以前研究的超疏水表面。通过建立有效滑移长度的解析模型，可以预测滑移长度显著减小的临界表面活性剂浓度。如果适当调整，该分析模型在统一的框架上描述了LIS的两种吸附模型。我们还提前了解时，表面活性剂平流引起高度歪斜的界面浓度-所谓的部分停滞帽制度。为了更好地近似，该状态只能在低于由Marangoni数和表面活性剂强度给出的特定表面活性剂浓度下存在。
2022-10-01 physics.flu-dyn
Computation of impinging droplet with soluble surfactants and dynamic contact angle
本文提出了一种计算表面活性剂液滴撞击水平面的任意拉格朗日-欧拉（ALE）有限元格式。该数值格式求解了含时的流体流动的纳维-斯托克斯方程、体相中表面活性剂输运的标量对流扩散方程以及自由表面和液固界面上表面活性剂的表面演化方程。模型中引入了表面活性剂对流动动力学的影响，包括表面活性剂依赖的表面张力和动态接触角。特别地，液滴的动态接触角$(θ_d)$根据接触线处的表面活性剂浓度和清洁表面的平衡接触角$(θ_e^0)$使用表面张力的非线性状态方程来定义。此外，表面力被包括在模型中作为表面应力张量的表面发散，其允许在不计算自由表面上的表面活性剂浓度的表面梯度的情况下并入Marangoni效应。除了网格收敛的研究和验证的数值结果与实验，吸附和解吸表面活性剂系数的润湿，部分润湿和非润湿液滴的流动动力学的影响进行了详细研究。结果表明，表面活性剂对润湿液滴的影响大于非润湿液滴。此外，当$ θ_e^0 $小于$90^\circ$时，接触线处表面活性剂的存在进一步减小平衡接触角，而当$ θ_e^0 $大于$90^\circ$时，接触线处表面活性剂的存在进一步增大平衡接触角。表面活性剂的存在对接触角没有影响，当$θ_e^0 =90^\circ$。数值研究清楚地表明，表面张力依赖的接触角。
2015-05-15 physics.flu-dyn
Hydrodynamic signatures of stationary Marangoni-driven surfactant transport
我们实验研究了稳定的Marangoni驱动的表面活性剂输运的界面上的深水层。使用流体动力学测量，而不使用任何知识的表面活性剂的物理化学性质，我们表明，十二烷基硫酸钠和Tergitol 15-S-9引入低浓度的结果在流动驱动吸附的表面活性剂。在较高的表面活性剂浓度下，流动由溶解的表面活性剂主导。使用樟脑酸，其属性是{ \it先验}未知的，我们证明了这种方法的有效性，通过显示其扩展是吸附为主。
2017-10-08 physics.flu-dyn
Surfactant spreading in a two-dimensional cavity and emergent contact-line singularities
我们模拟对流Marangoni传播的不溶性表面活性剂在自由表面的粘性流体，被限制在一个二维的矩形腔。假设界面偏转很小，接触线固定在空腔的壁上，惯性被忽略。关于平衡态的表面活性剂输运方程的线性化允许动态的模态分解，其特征值对应于扰动的衰减率。相互正交的二维本征函数族的计算揭示了每条接触线附近的奇异流动结构，导致壁面剪应力的空间振荡模式和对数发散的压力场。这些奇异点在一个固定的接触线与动态压缩的表面活性剂单层，我们展示了如何可以通过弱表面扩散正则化。它们的存在突出了需要仔细处理的非定常对流为主的表面活性剂在有限域的运输计算。
2021-09-09 physics.flu-dyn
On the effect of surfactant adsorption and viscosity change on apparent slip in hydrophobic microchannels
大量的实验，理论，以及数值计算的努力已经投入到了解微流体装置中的边界滑移的效果。然而，尽管这种装置在科学、医学和工业应用中变得越来越重要，但仍然缺乏对这种现象的令人满意的理解。这是由于研究该问题所需的极其精确的实验以及此类系统中的大量可调参数。在本文中，我们应用最近推出的算法来实现疏水流体壁相互作用的格子玻尔兹曼方法。我们发现一个可能的解释，一些实验观察到的滑移长度取决于流速，这是矛盾的许多理论结果和模拟。我们的解释是，速度依赖滑移可以检测到，如果流动剖面是不完全发展的通道内，但在一个瞬态。此外，我们示出了所测量的滑移长度随着粘度的增加而减小，并展示了在疏水微通道中向流体流动中添加表面活性剂的效果。表面活性剂的加入可以屏蔽疏水壁的排斥势，从而随着表面活性剂浓度的增加而降低滑移量。
2007-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Thermodynamically Consistent Model and Its Conservative Numerical Approximation for Moving Contact Lines with Soluble Surfactants
我们推导出一个连续的尖锐的界面模型与可溶性表面活性剂的移动接触线在一个连续一致的框架。该模型包括等温两相不可压缩纳维-斯托克斯方程的流体动力学和体\slash表面对流扩散方程的表面活性剂的传输。基于总自由能量耗散原理，推导了界面条件、滑移边界条件、动态接触角条件和吸附\slash脱附条件。特别是，我们恢复经典的吸附等温线从不同形式的表面自由能。然后在两个空间维度上对模型进行数值求解。我们提出了一个欧拉弱形式的纳维-斯托克斯方程与任意拉格朗日欧拉弱形式的表面活性剂输运方程。提出了有限元近似离散的两个弱的提法上的移动网格。所得到的数值方法被证明是保存的表面活性剂的总质量。通过使用所提出的模型及其数值方法，我们调查液滴的扩散和迁移在表面活性剂的存在下，并研究其依赖于各种无量纲吸附参数。
2021-04-06 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Protein and ionic surfactants - promoters and inhibitors of contact line pinning
我们报告了一个新的影响表面活性剂钉扎液滴接触线，特别是溶菌酶促进，而月桂基硫酸盐抑制钉扎。我们解释的钉扎差异假设润湿的差异：蛋白质负载的下降润湿的“干净”的表面和表面活性剂负载的下降润湿的自动抛光表面。
2007-04-03 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of surfactant driven secondary invasion in Gaussian pore networks
本研究针对表面活性剂改变界面性质导致多孔介质中初始入侵渗流突破后的二次驱替问题，采用耦合IP与降阶输运-吸附模块的时变孔隙网络框架，揭示了其时空动力学及表面活性剂传质动力学与网络方差对入侵的调控作用。
2025-11-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Delayed coalescence of surfactant containing sessile droplets
当两滴相同液体的固着液滴接触时，它们在毛细作用的驱动下合并成一滴。然而，当两个液滴具有不同的表面张力时，尽管是完全可混溶的，但聚结可能被延迟，或甚至完全停滞相当长的一段时间。一个暂时的非聚结状态出现，在此期间，液滴在其基底上移动，仅通过它们之间的细颈连接。现有文献涵盖了纯液体和低表面活性的混合物。在本文中，我们专注于大的表面活性的情况下，使用不同浓度的表面活性剂水溶液。结果表明，聚结行为可以分为三个制度，发生不同的表面张力和接触角的液滴在初始接触。然而，并非所有现象都可以单独从表面张力对比度或接触角来预测，而是也很大程度上取决于表面活性剂浓度。这表明，合并过程不仅是由流体力学和几何形状，但也取决于表面吸附的分子物理。
2018-03-27 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
Flow profiles near receding three--phase contact lines: Influence of surfactants
润湿和去湿的动力学在很大程度上取决于接触线附近的速度场。对于水滴，已经观察到添加表面活性剂降低动态后退接触角，即使在远低于临界胶束浓度（CMC）的浓度下。为了更好地理解为什么表面活性剂对液滴动力学具有如此剧烈的影响，我们在倒置显微镜上构建了一个专用的装置，其中当透明基底水平移动时，水滴保持静止。使用像散粒子跟踪测速仪，我们跟踪的三维位移的示踪粒子在流动中。我们研究了表面活性剂如何改变毛细管数为$10^{-6}$的移动液滴的后退接触线附近的流动动力学。即使表面活性剂浓度$c$远低于临界胶束浓度（$c \ll$ CMC），Marangoni应力也会显著改变流动。我们首先讨论我们的结果在一个二维模型，认为对流和扩散的表面活性剂的运输和推断估计的幅度和缩放的马兰戈尼应力从这个。模拟和实验一致认为，少量$μN \, m^{-1}$的表面张力的微小梯度足以显著改变流动剖面。Marangoni应力随距离接触线的变化表明，二维对流扩散模型必须扩展到全三维模型。这种影响是普遍存在的，因为表面活性剂存在于许多技术和自然去湿过程中，或者是故意的，或者是作为污染物。
2021-08-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporating droplets on inclined plant leaves and synthetic surfaces: experiments and mathematical models
假设：由于叶片表面复杂的物理化学性质，表面活性剂液滴在叶片上的蒸发是复杂的。然而，对于某些叶片表面的蒸发过程似乎遵循标准的恒定接触半径或恒定接触角模式，它应该有可能模仿液滴蒸发与精心选择的合成表面和一个相对简单的数学模型。实验：表面活性剂液滴蒸发实验在两种商业作物品种小麦和辣椒上进行，以及两个合成表面，直到$90\,^{\circ}$倾斜。在整个蒸发实验中，测量了液滴的接触角、高度、体积和接触半径的时间依赖性。建立了数学模型来模拟实验。调查结果：除了一个明显的例外，对于表面、表面活性剂浓度和角度的所有组合，实验似乎遵循标准蒸发模式，并且通过数学模型（修改的Popov和Young-Laplace-Popov）很好地描述。例外的是小麦具有高的表面活性剂浓度，液滴蒸发出现非标准的，偏离扩散限制模型，也许是由于额外的机制，如吸附的表面活性剂，气孔密度或细长的形状在小麦表面的凹槽的方向。
2021-01-27 physics.flu-dyn
Surfactant-dependent contact line dynamics and droplet spreading on textured substrates: derivations and computations
我们研究了液滴的扩散，不溶性表面活性剂覆盖其毛细管表面，在纹理基板上。在这个过程中，表面张力依赖的表面张力主导了整个动力学行为，特别是运动接触线。这使我们能够推导出由不溶性表面活性剂铺设的液滴的完整动力学：（i）移动接触线，（ii）毛细管表面的演变，（iii）在接触线处具有边界条件的该移动表面上的表面活性剂动力学，以及（iv）液滴内部的不可压缩粘性流体。我们的推导基于Onsager的原理与瑞利耗散泛函的液滴内的粘性流动或毛细管表面的平均曲率的运动。我们还证明了粘性流的瑞利耗散泛函比平均曲率运动的瑞利耗散泛函强。结合纹理衬底轮廓后，我们设计了一个数值方案的基础上无条件稳定的显式边界更新和移动网格，这使得许多具有挑战性的例子显示显着影响的表面活性剂的液滴变形的有效计算。
2021-10-02 cs.NA math.AP math.NA
Gradient dynamics models for liquid films with soluble surfactant
在本文中，我们提出了表面活性剂悬浮液液膜的动力学，包括一个一般的梯度动力学框架的基础上的能量泛函的运动方程。这扩展了梯度动力学方法耗散非平衡薄膜系统的几个变量，并将其动态方程的形式，再现Onsager的互惠关系。我们首先讨论任意数量的场的梯度动力学模型的一般形式，并讨论一个或两个场的简单的众所周知的例子。接下来，我们开发的梯度动力学（三场）模型覆盖的可溶性表面活性剂的薄液膜，并讨论它如何自动导致一致的对流（驱动压力梯度，Marangoni力和Korteweg应力），扩散，吸附/解吸，蒸发通量。然后，我们表明，在稀释的限制，该模型减少到众所周知的流体动力学形式，包括马兰戈尼通量由于线性状态方程。在这种情况下，能量泛函包括润湿能，自由界面的表面能（恒定贡献加上熵项）和体积混合熵。随后，作为一个例子，我们展示了如何在一致的动力学模型，占非线性状态方程，浓度依赖的润湿性和表面活性剂和膜体分解相变的能量泛函的各种扩展结果。最后，我们讨论了进一步可能的扩展与胶束，表面活性剂吸附在固体基质和生物活性行为的系统。
2016-09-04 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Investigation of Surfactant-Laden Bubble Migration Dynamics in Self-Rewetting Fluids using Lattice Boltzmann Method
本研究采用基于中心矩的格子玻尔兹曼方法，首次探究自润湿流体中温度与表面活性剂诱导的马兰戈尼应力对迁移气泡的耦合效应，发现气泡会达到平衡位置且受表面活性剂和表面张力温度敏感系数调控，为调控气泡动力学提供新途径。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Coalescence of sessile aqueous droplets laden with surfactant
本研究通过大规模分子动力学模拟，揭示了含表面活性剂固着液滴在不同润湿性基底上的聚结机制，发现接触角影响聚结行为，桥接生长遵循2/3幂律，且表面活性剂浓度增加会减缓聚结。
2024-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop encapsulation and bubble bursting in surfactant-laden flows in capillary channels
我们提出了一个参数研究的不稳定现象与细长的气泡通过液体填充的方形毛细管在高韦伯数条件下的流动。这些条件一致地诱导在气泡的后部形成再入射流，该气泡通常让位于深的液体腔。随后的步骤包括在空腔中夹断事件，以产生一个或多个封装的液滴，其可以结合由空腔或液滴引起的气泡-液体界面的破裂。这些界面不稳定性中的一些先前已经在实验上（Olbricht 1996）和数值上（Izdarov & Muradoglu 2016）针对微通道中的液-液流动进行了报道。我们进行了三维直接数值模拟的基础上的混合接口跟踪/水平集方法能够占液体体相和液-气界面之间的表面活性剂的存在和动态交换。我们的研究结果表明，微妙的相互作用之间的惯性，毛细作用，粘度，表面活性剂的吸附/解吸动力学，和Marangoni应力有显着的影响，在非轴对称的形态结构的封装液滴拉长的气泡。这种强耦合也影响夹断时间，穿透深度的空腔，和数量，大小和速度的封装液滴通过气泡。所观察到的现象总结在三个主要的形态制度的基础上，表面活性剂相关的参数和无量纲组。还提供了流态图的讨论。
2022-12-23 physics.flu-dyn
Energy stable methods for phase-field simulation of droplet impact with surfactants
本文对表面活性剂存在下液滴撞击固体基底的过程进行了数值研究。我们制定了一个积极的变分框架的问题，并介绍了一个不可压缩的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统的两相流相场模拟。采用Flory-Huggins势和广义Navier边界条件来考虑可溶性表面活性剂和运动接触线。基于凸分裂和压力稳定技术，我们发展了该模型的无条件能量稳定格式。对于一阶格式，严格证明了原始能量的离散能量耗散律。数值方法是在三维柱坐标系下用有限差分法实现的。使用该模型的建议的方法，我们系统地研究了清洁和污染液滴（表面活性剂）的冲击动力学在一系列的数值实验。在一般情况下，耗散的污染液滴的冲击动力学小于在清洁的情况下，和拓扑结构的变化更容易发生污染液滴。表面活性剂的加入可以显著影响冲击现象，导致亲水表面上的粘附效果增强和疏水表面上的飞溅。与实验也得到了一些定量的协议。
2022-12-17 physics.flu-dyn
A conservative bulk-surface closure for soluble-surfactant falling films: an analytical and numerical mass-balance audit
International Institute of Information Technology（印度信息科学研究院）；Vivekananda Mahavidyalaya（维韦卡南达学院）
针对可溶性表面活性剂降膜的加权残差模型，发现并修正了体相扩散中的质量不平衡，恢复局部守恒，并通过数值基准验证了修正的精确性。
2026-09-30 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Evaporation of dilute sodium dodecyl sulfate droplets on a hydrophobic substrate
载有表面活性剂的固着液滴的蒸发在自然界和工业应用如喷墨印刷中无所不在。当表面活性剂浓度超过临界胶束浓度（CMC）时，可溶性表面活性剂开始在水溶液中形成胶束。在这里，十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液固着液滴在疏水表面上的蒸发进行了实验研究，SDS浓度范围从0.025到1 CMC。与静止水滴的恒定接触角相反，我们观察到，在同一表面上，浓度低于0.5 CMC的SDS负载液滴的接触角首先减小，然后增大，最后减小，导致局部接触角最小。令人惊讶的是，发现最小接触角显著低于静态后退接触角，并且其随着初始SDS浓度的降低而降低。此外，发现在局部接触角最小值处的本体SDS浓度随着初始SDS浓度的降低而降低。观察到的接触角最小值相对于归一化蒸发时间的位置及其最小值被证明与相对湿度和液滴体积以及因此与总蒸发时间无关。我们讨论了所观察到的接触角动力学在基板上的SDS分子在浓度低于0.5 CMC的无序层的形成。本工作强调了固着液体表面活性剂液滴蒸发的复杂性和蒸发过程中的表面活性剂-基板相互作用的影响。
2019-08-26 cond-mat.soft physics.atm-clus physics.flu-dyn
Lifetime of sessile saliva droplets in the context of SARS-CoV-2
呼吸道疾病（如COVID-19）从受污染表面的传播取决于含有病毒的沉积液滴的干燥时间。蒸发速率取决于环境条件，例如环境温度和相对湿度以及物理性质（例如，液滴体积、接触角和组成）。呼吸道飞沫除水外还含有盐（NaCl）、蛋白质（粘蛋白）和表面活性剂（二棕榈酰磷脂酰胆碱），预计这些物质会对蒸发产生很大影响。一个基于扩散的理论模型，用于估计干燥时间的开发，考虑到动态接触角的唾液液滴与盐和不溶性表面活性剂负载。考察了初始体积、接触角、盐度、表面活性剂浓度、环境温度和相对湿度对液滴干燥时间的影响。
2020-08-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Wetting of two-component drops: Marangoni contraction versus autophobing
多组分液体的润湿性能对于许多工业应用至关重要。确定这种液体的接触角的机制仍然知之甚少，由于复杂的物理现象，例如由于表面活性剂的存在，产生了许多复杂性。在这里，我们考虑由邻位烷二醇和水的混合物组成的双组分液滴。这些二醇在水中表现出类似表面活性剂的行为。然而，此类混合物在固体基材上的接触角令人惊讶地大。我们的实验表明，接触角是由两个独立的机制完全不同的性质，即马兰戈尼收缩（流体动力学）和自噬（分子）。事实证明，烷二醇的烷基尾部的长度决定了哪种机制占主导地位，突出了分子物理学和复杂流体的宏观润湿之间的复杂耦合。
2020-05-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nanoscale fluid structure of liquid-solid-vapour contact lines for a wide range of contact angles
我们研究了一个简单的流体的密度在平衡接触线附近的一个广泛的杨氏接触角40和135度之间的纳米级行为。切割的密度分布在不同位置沿接触线，解开的密度等高线图中观察到的膜的高度分布的明显的逐步增加。密度分布被用来计算沿接触线作用在基底上的法向压力。我们观察到，对于全范围的接触角，最大法向压力不能仅由吸附膜高度的曲率来预测，而是被软化-可能由液体-蒸气界面的宽度。然而，有些令人惊讶的是，吸附膜高度分布可以通过从平面计算获得的Derjaguin-Frumkin分离压力以非常好的精度预测，如在[Nold等人，Phys. Fluids，26，072001，2014]，在此我们证明该结果对于整个接触角范围都是有效的。这表明，虽然二维效应不能被忽略的正常压力分布沿基板的计算，一维平面计算的Derjaguin-Frumkin分离压力是足够的，以准确地预测吸附高度分布。
2017-08-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Polyelectrolyte adsorption at the solid-liquid interface favors receding contact line instability
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
研究通过高速高分辨率显微镜观察滑动滴液的退缩接触线动态，揭示粘弹性对退缩接触线不稳定性的影响，发现聚合物电荷对丝状物形成有关键作用。
2026-04-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fluid structure in the immediate vicinity of an equilibrium three-phase contact line and assessment of disjoining pressure models using density functional theory
我们采用流体统计力学的方法，即密度泛函理论（DFT）和基本测量理论（FMT），研究了在长程分子间力存在下平衡三相接触线的纳米尺度行为。这使我们能够评估有效的哈密顿模型在接触线附近的预测质量。特别是，我们比较的结果平均场有效的哈密顿与分离的压力定义通过（I）的平面液体膜的吸附等温线，和（II）的法向力平衡在接触线。我们发现，使用（I）获得的高度分布显示出良好的协议与DFT-FMT平衡密度分布的吸附膜厚度的最大曲率和行为在大的膜高度。与此相反，我们观察到，虽然通过使用（II）得到的高度分布满足基本的总和规则，它显示出与DFT结果的吸附膜厚度的协议。验证了20、40和60度的接触角的结果。
2014-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Moving Contact Lines: Linking Molecular Dynamics and Continuum-Scale Modeling
尽管经过了几十年的研究，但运动接触线的建模仍然是流体动力学中的一个艰巨挑战，其解决方案将影响许多工业，生物和日常生活应用。一方面，分子动力学（MD）模拟有能力提供独特的洞察力的微观细节，确定接触线的动态行为，这是不可能的，无论是连续规模的模拟或实验。另一方面，基于连续统的模型提供了一个链接到系统的宏观描述。在这篇专题文章中，我们探讨了复杂的物理因素，包括表面活性剂的存在，通过MD模拟控制接触线运动。我们还讨论了连续介质和分子尺度建模之间的联系，并强调了这一领域未来发展的机会。
2018-11-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
