Evaporation of a freely floating droplet in an airstream: effects of temperature, humidity, and shape oscillations
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
研究通过实验和理论分析，揭示了气流中液滴蒸发受温度、湿度及形状振荡影响的机制，提出改进模型并构建了液滴寿命的区域图。
2026-02-19 physics.flu-dyn
On the drag of freely falling non-spherical particles
本文提出了一个新的通用模型，用于预测规则和不规则形状的非球形固体颗粒在亚临界颗粒雷诺数下在气体或液体中下落时的阻力系数（即$Re < 3 \times 10^5$）。结果是从300个规则和不规则的颗粒在空气中的实验测量和椭圆体的解析解。根据其尺寸，不规则颗粒可通过3D激光扫描仪或SEM micro-CT方法进行精确表征。实验在高度为0.45~3.60 m的沉降柱和4 m高的立式风洞中进行。此外，还考虑了$881$附加的实验数据点，这些数据点是从落在液体中的规则形状的颗粒的文献中汇编的。新的相关性是基于颗粒雷诺数和两个新的形状描述符定义为颗粒的平面度，伸长率和直径的函数。新的形状描述符易于测量，并且比球形度更容易表征。新的相关性具有$\sim 10\%$的平均误差，其显著低于与现有相关性相关联的误差。颗粒沉降的其他方面也进行了研究。首先，发现在稠密液体中，特别是在$Re>1000$中下落的颗粒倾向于以其最大投影面积垂直于其下落方向下落，而在气体中它们的取向是随机的。第二，小尺度表面泡状和粗糙度对非球形颗粒的阻力系数的影响被发现是$<10\%$。最后，颗粒取向对阻力系数的影响进行了讨论，并提出了额外的相关性来预测由于颗粒取向的变化而导致的阻力系数的端元。
2018-10-20 physics.flu-dyn
Rise regimes of freely rising droplets with a moderate viscosity ratio
Helmholtz-Zentrum Dresden--Rossendorf, Institute of Fluid Dynamics（德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心，流体力学研究所）；State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, School of Aerospace, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学航天学院，机械结构强度与振动国家重点实验室）；Institut universitaire de France（法国大学研究院）
通过数值模拟研究中等粘度比（μ*=0.62）的甲苯液滴在水中自由上升的动力学，揭示了从稳态垂直上升到混沌路径的丰富状态序列，并发现内部流动失稳是路径不稳定的核心机制。
2026-06-07 physics.flu-dyn
Dynamics of Freely Suspended Drops Translating through Miscible Environments
我们的工作重点是通过一个可混溶的，更粘稠的液体液滴自由上升的实验研究。我们报告了通过甘油和玉米糖浆上升的水滴的观察，这是常见的家庭成分。液滴形成后，立即呈扁长形，并以恒定的速度上升，而不会扩大尺寸。然而，在我们的理论预测的临界时间之后，液滴不断成长为扁球体，随着它们与周围液体的混合，它们的体积增加，速度降低，最终遵循幂律。我们提出的标度关系，解释主要观察到的现象。然而，控制体积增加率和速度降低率的幂律，即分别为$t^{1/2}$和$t^{-1/2}$，仍然是进一步研究的重点。
2021-01-06 physics.flu-dyn
Dyanmics of falling raindrops
本文综述了表面张力与空气阻力对雨滴成核、振荡、破裂及形变过程的影响，并指出其对改进大气衰减校正算法和无线通信的现实意义。
2023-10-29 physics.data-an physics.flu-dyn
The transition in settling velocity of surfactant-covered droplets from the Stokes to the Hadamard-Rybczynski solution
小液滴下落的精确解是Hadamard和Rybczynski的经典结果。但实验表明，小液滴的下落速度比预测的要慢，这与斯托克斯对下落的硬球的结果更接近。增加液滴尺寸，在这两个极端之间的过渡被发现。这是由于表面活性剂存在于系统中，和以前的工作导致了滞流帽模型。我们在这里提出了一种替代方法，我们称之为连续界面模型。与滞帽模型相反，我们不考虑界面处的表面活性剂对流扩散方程。在考虑法向和切向界面应力的情况下，对具有不同界面张力的下落液滴的Stokes方程进行了解析求解。这样得到的一些解，例如悬浮液滴，违反了能量守恒，除非能量直接提供给界面。考虑液滴的能量收支，我们证明了终极速度受Stokes和Hadamard-Rybczynski结果的约束.连续界面模型，然后从界面处的表面活性剂的力平衡获得。由此产生的表达式给出了两个极端之间的过渡，并预测，临界半径，低于该下降像硬球，是成比例的界面表面活性剂浓度。通过分析文献中的实验结果，我们证实了这一预测，从而为所提出的模型的有效性提供了强有力的论据。
2017-12-05 physics.flu-dyn
Frozen Patterns of Impacted Droplets: From Conical Tips to Toroidal Shapes
我们报告冻结模式的水滴通过高速图像冲击在冷基板。这些图案可以通过几个物理参数（液滴尺寸，下降高度和衬底温度）进行操纵，并且缩放分析与相图具有显着的一致性。所观察到的双同心环形的形状是由于碰撞动力学和冻结过程之间的相关性，证实了液滴温度的时空演变，所确定的时间尺度与形态和固化（$t_{inn}\simeq τ_{sol}$），和冰前平流模型。这些结果为冻结模式提供了深入了解复杂的相互作用的快速影响的流体动力学，瞬态热传递，和复杂的凝固过程。
2020-04-29 physics.flu-dyn
Condensation and jumping relay of droplets on lotus leaf
研究了具有双层粗糙度的荷叶表面凝结微水滴的动力学行为。在实验室条件下，微滴在单个微乳头上的接触角随冷凝水的生长而从80 °平稳增加到160 °。最著名的“自洁”现象，也会失去。一个引人注目的观察是由下落的液滴触发的凝结液滴的平面外跳跃继电器，以及其在连续跳跃继电器中获得的持续速度，增强了滴状凝结的自动去除，而无需任何外力的帮助。表面张力能量耗散是控制跳跃液滴临界尺寸和起始反弹速度的主要原因。
2013-05-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Entropy Rain: Dilution and Compression of Thermals in Stratified Domains
被称为巨胞的大规模对流曾经被认为是在太阳对流区传输太阳的光度，但最近的观测对它们的存在提出了质疑。一些作者认为，太阳的光度可能是由快速下落的小滴低熵流体传输的，而不是大规模的流动。这种“熵雨”可以以密集的涡旋环的形式传播，类似于地球大气中上升的浮力热气流。在这项工作中，我们开发了一个分析理论描述的密集，负浮力热气流的演变。我们验证的理论与2D圆柱和3D carnival模拟层流，轴对称热气流在高度分层的大气。我们的研究结果表明，密集的热气流分为两类：一个失速制度的液滴减速和扩大，和下降制度的液滴加速和收缩，因为它们向下传播。我们估计，太阳能下降流是在下降的制度，并保持其熵扰动对扩散，直到他们到达对流区的底部。这表明熵雨可能是传输太阳光度的一种有效的非定域机制。
2019-10-16 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Criterion for sliding / rolling characterization during droplet motion over superhydrophobic surfaces
超疏水表面是近年来研究的热点，其原因之一是超疏水表面的自清洁特性，即液滴在其表面上自由滚动的能力，但现有文献大多是关于液滴在超疏水表面上的静态润湿行为的研究，对液滴在超疏水表面上运动的物理机制也没有进行详尽的理论研究为了分析液滴在超疏水表面上的滑动/滚动特性，提出了一个无量纲数来表征液滴在超疏水表面上的滑动和滚动，这个数被称为“滑移雷诺数”.对不同表面和液滴特性的液滴运动进行了模拟，得到了一个与滑动/滚动行为相对应的唯一数值，并用文献中的实验对该数值的适用性进行了检验。
2015-11-27 physics.flu-dyn
MPFBench: A Large Scale Dataset for SciML of Multi-Phase-Flows: Droplet and Bubble Dynamics
本文提出大规模多相流数据集MPFBench，基于11,000次模拟和100万个时间快照，利用神经算子和基础模型等科学机器学习方法建模液滴与气泡动力学，验证了机器学习模型捕捉瞬态流体相互作用的能力，为多相流应用提供了高效准确的求解器。
2025-04-28 physics.flu-dyn
Droplets with circular stagnation lines: combined effects of viscoelastic and inertial forces on drop shapes
在流体力学中，有驻点的流体动力学问题是特别重要的，因为它们允许研究和调查拉伸流动。本文研究了粘弹性液滴表面的单轴拉伸流动及其在低惯性区液滴变形中的作用。在与粘弹性液滴在不混溶的牛顿流体中下降/上升相关的研究中，众所周知，通过增加Deborah数（内部流体的弛豫时间与参考时间尺度的比率），液滴可能会失去其球形度并在后端获得凹坑。在这项工作中，液滴变形进行了详细的调查，研究这种转变背后的原因。我们将表明，随着弹性力和惯性力的贡献增加，在液滴的后侧和前侧的驻点扩大，以创建一个区域的拉伸为主的流动。在该阶段，由于粘弹性流体中拉伸粘度的剪切增稠行为和惯性力的贡献的组合效应，内相被挤压，因此液滴形成类似于扁球体的形状。当这些非线性力进一步增加时，在外场中的液滴表面上出现额外的圆形停滞线，将液滴表面向外拉动，因此在后端处产生凹坑形状。此外，还研究了惯性和粘弹性对液滴运动、阻力系数和终极速度的影响。
2021-06-05 physics.flu-dyn
Is the motion of a single SPH particle droplet/solid physically correct?
近年来，光滑粒子流体动力学（SPH）方法在多相流和自由表面流建模方面得到了普及。在许多情况下，由于某些原因，会发生界面和自由表面破碎。因此，一个相的单个SPH颗粒固体/液滴可以出现并穿过其他相。在本文中，我们调查这个问题，专注于这样的单SPH粒子的运动。我们在这里试图回答的主要问题是：这些粒子的运动在物理上是正确的吗？它的物理尺寸是多少？数值参数对其有何影响？考虑到这一点，我们进行了简单的模拟固体颗粒由于重力下降的流体。考虑到一个单一的颗粒的三个不同的直径，我们比较的阻力系数和速度通过SPH方法与实验和分析参考数据获得的值。为了精确模拟具有自由表面的多相流，我们提出并验证了一种新的SPH公式。
2016-02-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation of a drop collision with an obstacle
本文研究了液滴撞击固体表面后的扩散动力学。通过求解二维和三维纳维-斯托克斯方程，数值模拟了两层液-气系统中液滴落在固体表面上的动力学过程。数值模拟结果与实验数据进行了比较。
2022-07-14 physics.flu-dyn
Combustion and Evaporation of Deformable Fuel Droplets
本研究通过DNS模拟探究了对流下可变形燃料液滴的燃烧与蒸发，发现韦伯数提升总蒸发率且燃烧不受形状影响，并证明2-D模拟无法准确重现3-D物理行为。
2023-07-31 physics.flu-dyn
Heat and water vapor transfer in the wake of a falling ice sphere and its implication for secondary ice formation in clouds
我们进行直接的数值模拟的冰球在周围的流体中的热量和质量的传递会计的目的是在气象背景下研究的情况下，在潮湿的空气中下降的霰的解决方案。这项研究的动机是这样一个事实，即在云中下降的沙粒被加热的潜热释放过程中的液体水滴吸积。因此，它们可能比周围的温度要高得多，并蒸发出水蒸气，水蒸气与周围的空气混合，从而在那里形成短暂的过饱和区。本文将下落的<$球问题模拟为受热球体在重力作用下下落于静止流体中的问题。温度场和速度场之间的耦合是由Boussinesq近似。这个问题可以通过四个参数来参数化：粒子/流体密度比、伽利略数、普兰特数和理查森数。一个单独的标量输运方程帐户的蒸汽传输。典型的云条件包括球体和周围环境之间的小温差，产生相对较小的热量和质量传输的理查森数。我们特别强调伽利略数150，170，200和300，以分析每个解决方案的具体情况。在这项研究中解决的问题主要是方法和关注的影响的解决方案和流动性的领域的结构上的标量场，可能的影响适度的理查森数的结构上的唤醒，和可能的应用程序，这个模拟框架的调查饱和后下降的<$p。
2019-02-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Tunneling of Micro-sized Droplets Through a Flowing Soap Film
当微米级水滴以$v_{i}$的速度撞击自由悬浮的肥皂膜时，存在一个临界撞击穿透速度$v_{C}$。对于具有$v_{i}<v_{C}$的液滴，其在冲击后与皂膜一起流动，而具有$v_{i}>v_{C}$的液滴，其隧穿。在所有情况下，尽管液滴半径（$R_{0}=26\,μm$）远大于膜厚度（$0<h\lesssim10\,μm$），膜仍保持完整。临界速度$v_{C}$被测量为$h$的函数，有趣的是，$v_{C}$在极限$h\rightarrow0$中接近渐近值$v_{C0}\simeq520\,$ cm/s。这表明，除了惯性效应之外，穿透还需要膜的变形或拉伸能量。定量地，我们发现，这种变形能对应于创建$\sim14$倍的液滴的横截面积（$14πR_{0}^{2}$）或临界韦伯数${\rm We_{C} } (\equiv2R_{0}ρ_{w}v_{C0}^{2}/σ)\simeq44$，其中$ρ_{w}$和$σ$分别是水的密度和表面张力。主要结果：研究了液滴与皂膜的相互作用。当冲击速度大于临界速度时，液滴穿透肥皂膜而不破膜，并利用考虑膜拉伸的机械碰撞模型对实验结果进行了合理化解释。
2018-08-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Short-term oscillation and falling dynamics for a water drop dripping in quiescent air
通过仿真和实验研究了水滴在静止空气中的短时瞬态下落动力学。重点是在短期行为和考虑的时间范围涵盖约八个占主导地位的第二模式振荡的下降后，它是形成的。由于小的流体惯性，液滴的增长是准静态的，并且由静态悬垂液滴理论很好地捕获。然而，当液滴下落时，液滴的捏缩动力学和由此产生的液滴形成后状态触发非线性振荡。液滴刚形成时的初始形状被分解成球谐模态。捏动力学，如界面翻转引入小规模的变化上的滴轮廓，这反过来又有助于高阶模式的有限振幅。此外，初始动能时，刚刚形成的液滴是一样重要的初始表面能中包含的液滴形状，并被发现，以放大初始振荡振幅和诱导相移的所有模式的振荡。通过结合初始表面和动能，自由液滴振荡的线性模型产生了非常好的预测的第二和第三模式。模式振幅谱显示了与兰姆理论一致的主频率和由于非线性模间耦合而由不同模式产生的次频率。液滴的下落运动与非线性振荡相互作用，在液滴内外形成复杂的瞬态流动。流线表明，内部流动与无振荡下落液滴的希尔涡有很大不同。内流和尾流形态的时间演化都遵循占主导地位的第二振荡模式。
2020-03-17 physics.flu-dyn
Electrohydrodynamic instabilities in freely suspended viscous films under normal electric fields
可以在各种微流体应用中利用流体-流体界面的电流体动力学不稳定性，以便增强混合、复制良好控制的图案或产生特定尺寸的液滴。在这项工作中，我们研究了在正常电场作用下两种不混溶流体的三个叠加层系统的稳定性和动力学。根据泰勒-梅尔彻漏电介质模型，本体保持电中性，而净电荷积累在界面上。界面电荷动力学被捕获的欧姆传导，对流和有限的电荷弛豫占守恒方程。使用这个模型，我们进行了线性稳定性分析，并确定不同的模式的不稳定性，我们的特征系统的行为作为一个功能的相关无量纲组在每个模式。此外，我们使用边界元法进行数值模拟，以研究非线性对长时间界面动力学的影响。我们演示了如何耦合的流动和表面电荷输运在不同模式的不稳定性可以引起非线性现象，如尖端流或捏成液滴的膜。
2021-06-25 physics.flu-dyn
Finite stopping times for freely oscillating drop of a yield stress fluid
本文讨论了具有屈服应力的自由表面流体的非受迫运动是否存在有限停时的问题。推导了具有自由表面的屈服应力流体动力学问题的变分不等式。假设自由表面以正常速度发展.我们还考虑了沿自由表面作用的毛细力。基于变分不等式，得到了动能和自由能变化率与粘塑性内能耗散和外力功平衡的能量等式。进一步，本文考虑了Herschel-Bulkley流体液滴在表面张力作用下的自由小振幅振荡。在一定的假设条件下，证明了当屈服应力参数为正且流动指数$α$满足（$α\ge1$）时，振荡的有限停止时间$T_f$存在.几个数值实验的结果说明了分析，揭示了问题的参数上的依赖性的$T_f$，并建议从屈服状态到刚性的一个瞬时过渡的整个下降。
2016-11-24 physics.flu-dyn
