The characteristic rupture height of the mediating air film beneath an impacting drop on atomically smooth mica
在撞击过程中,液滴在接触表面之前,必须先置换其下方的空气。在很宽的撞击速度范围内,空气被压缩成一层薄膜,减缓液体向表面的前进。低于临界撞击速度时,空气膜保持完整;液滴从空气膜上反弹而不接触。超过这个临界冲击速度,液滴总是接触。接触形成的开始经由拓扑转变发生,由此最初连接的气体域破裂,并且形成液体毛细管桥,将液滴结合到表面。在这里,我们探测这种过渡的详细周围的临界冲击速度,使用校准的全内反射(TIR)显微镜,以监测高速在冲击过程中的气膜轮廓。观察到两种空气膜破裂模式:成核接触,这是孤立的,不对应于全球最小的空气膜厚度,和自发接触,总是发生在一个环上的影响轴上的空气膜达到其全球最小值为中心。我们的测量结果表明,对于超过临界速度的接触引发的冲击速度,空气膜破裂在几乎相同的高度h min ~ 20 nm,两种流体-硅油和水甘油混合物。接触前的空气膜的高度和持续时间,超过180液滴冲击实验分析,是一致的线性不稳定性驱动的范德华力。水溶液液滴的冲击事件显示出不同的统计接触成核比硅油,然而,一个临界的冲击速度以上的接触总是发生确定为两种液体。
2023-02-24 physics.flu-dyn
Holes in Sheets: Double-Threshold Rupture of Draining Liquid Films
University of Twente(特温特大学);City College of New York(纽约市立学院);Sorbonne Université(索邦大学);Institut Universitaire de France(法国高等研究院);Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organisation(马克斯·普朗克动力学与自组织研究所);Durham University(杜伦大学)
研究通过直接数值模拟揭示了液膜破裂的双阈值机制,阐明了驱动力和腔体变形对破裂的影响,为喷雾、波浪破裂等过程提供了控制方法。
2026-03-30 physics.flu-dyn
Bouncing-to-wetting transition for impact of water droplets on soft solids
被液滴撞击的软表面比刚性表面在下面捕获更多的空气。空气膜的延长的寿命不仅促进了撞击液滴的弹跳行为,而且增加了空气膜本身与通过毛细波在液滴内部形成的空气腔之间相互作用的可能性。这样的相互作用可通过所谓的凹坑反转现象引起捕获的空气膜的破裂并抑制弹跳。在这项工作中,我们系统地研究了空气腔崩溃和空气膜破裂的水滴冲击软,疏水表面之间的关系。通过构建一个弹跳润湿相图的基础上被困的空气膜的破裂动力学,我们观察到的制度,其中空气膜破裂是由凹坑反转引起的一贯分离弹跳制度和润湿是由随机破裂。我们还发现,空气膜破裂的酒窝反转,反过来,影响的塌陷动力学的空气腔和由此产生的高速射流。然后,我们提供了一个详细的表征的空气腔和随后的喷射的崩溃动力学。
2021-05-11 physics.flu-dyn
Spinning Twisted Ribbons: When Two Holes Meet on a Curved Liquid Film
本研究探讨了弯曲液膜上双孔破裂的相互作用,发现液膜会演变成旋转扭曲带并最终断裂成液滴,揭示了其形成与演变机制,为多孔破裂中的液滴形成控制提供了新见解。
2025-06-30 physics.flu-dyn
Life and Death of a Thin Liquid Film
本文通过非平衡分子动力学模拟揭示薄液膜破裂的确定性机制,修正经典回缩理论,并展示形态演化模式的连续转变。
2023-11-01 physics.flu-dyn
A numerical approach for the direct computation of flows including fluid-solid interaction: modeling contact angle, film rupture, and dewetting
在本文中,我们提出了一个计算效率高的方法,包括流固相互作用的直接数值模拟的纳维-斯托克斯方程。发现该方法与我们早期的公式一样强大[J. Comp. Phys.,Vol.249:243(2015)],同时在计算效率方面优于较早的方法。通过计算平衡状态下液滴的接触角,验证了该方法的性能和有效性。此外,我们还研究了由于不稳定的流固相互作用引起的膜的不稳定性,并讨论了接触角和惯性效应对膜破碎的影响。特别是,直接模拟结果表明,增加的最终特征长度尺度相比,线性稳定性分析的预测,这表明显着的非线性效应的影响。我们的研究结果还表明,新兴的长度尺度不同,这取决于所考虑的一些物理尺寸。
2016-04-12 physics.flu-dyn
Self-similar finite-time singularity formation in degenerate parabolic equations arising in thin-film flows
由于液体和基底之间不利的分子间相互作用,涂覆平面水平基底的薄液体膜可能对膜厚度的扰动不稳定,这可能导致有限时间破裂。破裂的自相似性质之前已经通过利用标准润滑近似以及用于解释分子间相互作用的Derjaguin(或分离)压力形式主义进行了研究,并且已经使用了具有指数$n=3$的分离压力的特定形式,即$Π(h)\propto -1/h^{3}$,其中$h$是膜厚度。在本研究中,我们使用数值延拓方法计算离散的解决方案,自相似破裂的一般分离压力指数$n$。我们专注于轴对称点破裂的解决方案,并表明对解决方案的分支合并$n$减少,导致一个临界值$n_c \approx 1.485$低于稳定的相似性解决方案似乎不存在。我们验证,这一观察也适用于平面对称线破裂的解决方案,其临界值原来是略大于轴对称的情况下,$n_c^{\mathrm{plane}}\approx 1.5$。计算的完整的时间依赖的问题也证明了稳定的相似性解决方案的损失和随后发病的级联振荡结构。
2016-09-13 physics.flu-dyn
Inertial rupture of ultrathin liquid films
采用纳维-斯托克斯方程的理论和数值模拟方法,研究了固体基底上牛顿流体薄膜在惯性驱动下的去湿动力学。在有限的Ohnersorge数的膜变薄制度的分类,统一以前的研究结果。我们发现,对于Ohnesorge数小于1,最终接近接近分子尺度的破裂奇异性是由液体惯性和范德华力之间的平衡控制,导致自相似的渐近制度与$h_{\text{min}} \propto τ^{2/5}$,其中$h_{\text{min}}$是最小的膜厚度和$τ$是破裂前剩余的时间。流动呈现三区域结构,包括由壁面和自由表面处的一对边界层限定的无旋核心。的无旋核心的势流描述,这是渐近匹配的粘性层,使我们能够提出一个完整的无参数的渐近描述惯性驱动的膜破裂。
2020-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spreading and rupture dynamics of soluble surfactant-laden thin film flow down a slippery incline in presence of external shear
SRM Institute of Science and Technology(SRM科学与技术研究所);National Taiwan Ocean University(台湾海洋大学)
研究含可溶性表面活性剂薄膜在光滑斜坡流动时的扩展与破裂动力学,用润滑近似法推导方程,考虑吸附动力学速率的快速和慢速情况,分析外部剪切力等因素对薄膜厚度及破裂的影响,揭示相关作用机制及滑移参数的双重效应。
2026-08-24 physics.flu-dyn
Instability, rupture and fluctuations in thin liquid films: Theory and computations
液体薄膜在自然现象和技术应用中普遍存在。它们已经通过确定性流体动力学方程进行了广泛的研究,但热波动往往起着至关重要的作用,需要加以理解。这方面的一个例子是去湿,其涉及薄液膜的破裂和液滴的形成。这样的过程是热激活的,并且需要自洽地考虑波动。在这项工作中,我们提出了一个分析和数值研究的随机薄膜方程来自第一原理。下面简要回顾的推导,我们仔细检查的行为的方程的限制,完全相关的噪声沿壁法线方向。采用基于谱配置法的数值格式对随机薄膜方程进行了数值模拟。该方案使我们能够探索的波动动力学的薄膜和行为的自由能在附近的破裂。最后,我们还研究了噪声强度对破裂时间的影响,这与以前的工作是一致的。
2019-02-04 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Pacification of thermocapillary destabilization of a liquid film in zero gravity through the use of an isothermal porous substrate
等温衬底上的薄液体膜,其中膜是平坦的并且平行于衬底,屈服于热毛细不稳定性并且破裂形成局部热点。这些不稳定性被称为长波长不稳定性,并且特定于液膜平均厚度比衬底特征尺寸小几个数量级的纵横比。在没有稳定的重力加速度的情况下,热毛细不稳定性的增长率进一步加剧,驱动膜在更早的时间破裂。对固体水平等温基底上牛顿液体膜的零重力动力学进行了数值模拟。当用具有一维孔隙率、用与液体膜相同的流体完全饱和并且足够深以容纳其上的所有液体的固体等温基底替换固体等温基底时,观察到不稳定的空间模式被阻尼,从而防止破裂,并且延长了膜的寿命。这种非线性演变使用递归图进行可视化和量化。
2017-09-01 physics.flu-dyn
Finite-time Thin Film Rupture Driven by Generalized Evaporative Loss
破裂是一种非线性不稳定性,当流体层在某一点接近零厚度时,会导致有限时间奇异性。本文研究了具有蒸发效应的粘性流体薄膜的广义数学模型的破裂动力学。控制润滑模型是一个四阶非线性抛物型偏微分方程,由于蒸发的非保守损失项。由于蒸发和表面张力或分子间力之间的平衡,观察到几种不同类型的有限时间奇点。非自相似行为和两类自相似破裂的解决方案进行了分析和验证高分辨率PDE模拟。
2016-02-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Instability and rupture of sheared viscous liquid nanofilms
该研究数值模拟粘性纳米薄膜,发现热涨落触发破裂但不影响增长率,破裂时间可由线性稳定性分析预测;单向剪切可稳定扰动,但三维中仅变向剪切能抑制破裂。
2023-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The influence of van der Waals interactions on a bubble moving in a tube
本文研究了在圆柱形毛细管中匀速前进的粘性可忽略的长气泡的非定常薄膜动力学。气泡取代粘性的非润湿流体,在其界面和管壁之间形成薄膜。该膜被认为足够薄,使得范德华吸引力形式的分子间力是显著的,并且薄膜破裂是可能的。在可忽略的分子间力的情况下,存在稳态溶液,其中在气泡界面和管壁之间的环形区域中沉积均匀厚度的膜。然而,一旦分子间相互作用是重要的,界面被扰动脱离其稳定状态,并且(i)扰动在到达气泡的后弯月面之前充分增长,使得破裂发生;或者(ii)扰动由于弱的分子间力而保持小,直到其通过后弯月面离开气泡界面。我们得到,无论是数值和渐近,时间尺度上发生破裂,因此,我们找到一个临界毛细管数,取决于气泡的长度和强度的分子间力,低于该膜预计破裂。
2016-10-24 physics.flu-dyn
Rupture of a surfactant-laden draining thin film
本研究探讨了重力排液对含表面活性剂薄膜稳定性的影响,通过线性稳定性分析和非线性模拟,发现排液引起的表面活性剂扰动增强使流动薄膜比静止薄膜更稳定,中等活性与显著排液可显著延长破裂时间。
2024-01-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-similar rupture of thin films of power-law fluid
School of Mathematical Sciences, Queensland University of Technology(昆士兰科技大学数学科学学院)
研究幂律流体薄 film 在表面张力和范德华力竞争作用下的自相似破裂行为,探讨非牛顿流体的相似解计算及其 bifurcation 图的复杂结构。
2026-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of thin liquid films on a porous substrate in zero gravity
等温衬底上液膜的长波动力学表现出各种物理机制之间的动态竞争。如果热毛细作用的不稳定效应克服了表面张力和重力的稳定效应,则通过形成初级和次级热毛细指状结构,液膜在有限时间内破裂。比较了两种不同基底类型的长波演化动力学:等温无孔和等温多孔小Biot数在零重力环境。多时间尺度动力学揭示了通过相似解的方法获得的时间尺度。据观察,与等温多孔基板,在零重力,二次热毛细结构阻尼通过吸胀和主热毛细结构持续很长时间而不破裂。
2016-05-26 physics.flu-dyn
Fluctuation-driven dynamics in nanoscale thin-film flows: physical insights from numerical investigations
热波动对纳米级流动的影响被捕获的数值方案,是由波动的流体力学支撑。采用非均匀自适应网格求解随机润滑方程,研究了一系列纳米尺度薄膜流动。Fornberg格式用于高分辨率的空间离散和一个全隐式的时间推进格式的数值稳定性。数值方法的准确性进行了验证,对热毛细波在其发展的线性阶段的理论结果。然后,该框架被用来研究三个有界薄膜流的非线性行为:(i)液滴扩散,其中新的幂律推导;(ii)液滴聚结,其中分子动力学的结果再现SLE在一小部分的计算成本,它被发现,热波动减速的过程中,与以前研究的现象相反;和(iii)薄膜破裂,其中,在所考虑的制度,分离压力占主导地位的破裂的最后阶段。
2022-02-15 physics.flu-dyn
Effect of Spatially Heterogeneous Mucin Coverage on Tear Film Stability and Ruptur
Indian Institute of Technology Madras(印度马德拉斯理工学院)
通过薄膜模型研究角膜表面异质性润湿性对泪膜稳定性的影响,发现黏蛋白缺乏区域优先破裂,破裂位置由分离压分布决定,模型预测的破裂时间与临床值吻合。
2026-06-05 physics.flu-dyn physics.med-ph
Thermocapillary Thin Films: Periodic Steady States and Film Rupture
本文研究热毛细薄膜方程的周期稳态,证明其沿固定波数与质量的全局分岔支存在并收敛至破裂弱解,同时分析近分岔点不稳定性及振幅方程。
2024-05-22 math.AP nlin.PS physics.flu-dyn
A viscous compressible model of soap film flow and its equivalence with the Navier-Stokes equations
本文提出了一个与可压缩纳维-斯托克斯方程具有惊人相似性的准二维肥皂膜流动模型。实验中通常用于流动显示的皂膜厚度的变化类似于纳维-斯托克斯方程中的密度变化。当肥皂膜的流动速度与Marangoni弹性波速度相当时,我们恢复了可压缩的纳维-斯托克斯方程,肥皂膜表现为二维等温粘性气体。
2005-11-20 physics.flu-dyn
Manifold death: a Volume of Fluid implementation of controlled topological changes in thin sheets by the signature method
流体体积(VOF)方法的一个众所周知的缺点是薄液膜或细丝的破裂主要是由数值方面而不是物理方面引起的。当薄膜的厚度达到网格尺寸的数量级时,发生破裂,并且通过细化网格,破裂事件被延迟。当细丝破裂时,由于VOF的质量守恒性质,产生许多液滴。因此,破碎的数值特征不允许在网格细化下获得所需的液滴尺寸分布的收敛。在这项工作中,我们提出了一种新的算法来检测和识别薄结构。首先,薄膜或韧带通过从体积分数获得的指标的二次矩来识别。一个多尺度的方法,使我们能够选择独立的网格分辨率的临界膜厚度。然后在薄膜厚度达到网格尺寸之前,通过在薄膜中打孔来诱导分裂。我们表明,该方法提高了收敛网格细化的液滴的尺寸分布和拟能。
2022-06-24 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations of stochastic thin film dewetting
我们数值研究了热涨落和可变的流体-基底相互作用对薄液膜自发去湿的影响。为此,我们使用最近开发的格子玻尔兹曼方法的薄液膜流动,配备了适当设计的随机项。虽然它是已知的,热波动产生较短的破裂时间,我们表明,这是一个亲水性基板的一般特征,无论接触角。然而,确定性和随机破裂时间之间的比率随着$θ$而减小。最后,我们讨论的情况下波动的薄膜去湿化学图案化基板和它的依赖形式的润湿性梯度。
2021-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Electrostatic control of the Navier-Stokes equations for thin films
针对倾斜固体表面下的薄膜的二维多相流的纳维-斯托克斯方程,推导并验证了鲁棒控制方案。通过使用平行于衬底的电极来施加控制,该电极在气相中感应电场,并在液-气界面处产生麦克斯韦应力。使用模型预测控制回路以及高保真降维模型的最优控制来导出第二电极处的施加电势。在该实施方式中,流体的界面形状被成功地控制;然而,该算法足够通用以控制任何其他感兴趣的量。
2022-12-27 physics.flu-dyn
Dimple drainage before the coalescence of a droplet deposited on a smooth substrate
在自然界中,从泡沫到自由表面上的亚毫米气泡,薄的液体或气体膜无处不在,它们的破裂留下了小滴和气泡的集合。然而,导致这些电影爆炸的机制仍在争论中。因此,本研究的目的是了解之间的毫米液滴和光滑的固体或液体薄膜重力挤压的薄空气膜的排水动力学。求解耦合润滑方程和分析的主要条款在固体和液体膜的情况下,我们解释了为什么排水是更快的液体膜的情况下,往往导致更短的聚结时间,在最近的实验中观察到的。
2020-07-21 physics.flu-dyn
Viscoelasticity reduces the droplet size in mucosalivary film fragmentation during intense respiratory events
本研究通过实验和数值模拟揭示,黏膜唾液流体的粘弹性使袋状结构膨胀更薄,从而在剧烈呼吸事件中产生更小的气溶胶液滴。
2025-05-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analysis of vibration impact on stability of dewetting thin liquid film
研究了垂直振动基底上薄去湿液膜的动力学行为。我们假设中等的振动频率和大的振动振幅(与平均膜厚相比)。利用润滑近似和平均法,我们建立了控制膜中脉动流和平均流的耦合方程组,并导出了平均膜厚的非线性振幅方程。我们发现,在频率-振幅域中存在一个窗口,脉动流的参数和剪切流不稳定性不会出现。因此,在这个窗口中,平均描述是合理的,振幅方程成立。对振幅方程的线性和非线性分析以及数值计算表明,这种振动使膜稳定,防止脱湿和破裂。
2007-12-13 physics.flu-dyn
Comparison of Lubrication Approximation and Navier-Stokes Solutions for Dam-Break Flows in Thin Films
对薄液膜的整平进行了实验、理论和数值分析。本文的目的是比较两种不同有限元模型的解:一种基于二维纳维-斯托克斯方程,另一种基于简化的润滑近似。后者在计算上明显更便宜,因此希望知道在哪个参数范围内这种近似是有效的。作为基准问题,我们考虑经典溃坝问题。本文根据雷诺数、佛汝德数和油膜纵横比建立了润滑近似的有效窗口。为了验证求解器产生的解决方案,实验数据已获得硅油的流平。实验测得的自由表面速度相比,由两个数值模型产生的,并发现有比较好的协议。润滑近似,然后比较与Navier-Stokes模型的雷诺数和弗劳德数的范围内,并为一系列的膜纵横比。结果表明,润滑近似是非常强大的,特别是准确的低雷诺数和弗劳德数,惯性效应可以忽略不计。使用固定的雷诺数和弗劳德数分别为100和0.01,润滑近似是准确的纵横比高达1%。
2017-08-03 physics.flu-dyn
Dewetting of a thin polymer film under shear
本文通过有限差分法求解含毛细力和范德华力的薄液膜方程,研究剪切对超薄聚合物薄膜破裂的影响,揭示了低剪切延迟破裂、高剪切抑制破裂及中间瞬态平衡三种状态,并指出非线性效应在剪切存在时不可忽略。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Stokes flow of an evolving fluid film with arbitrary shape and topology
针对演化流体膜在Stokes极限下任意形状与拓扑流动的难题,提出基于变分原理的无坐标微分几何离散模型,构建离散Rayleighian导出离散Stokes方程,实现稳定且保结构的变分积分器。
2025-01-14 physics.flu-dyn
Soft-Lubrication Drainage and Rupture in Particle-Driven Vesicles
New Jersey Institute of Technology(新泽西理工学院);Florida State University(佛罗里达州立大学);Towson University(陶森大学);Santa Clara University(圣克拉拉大学);University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Princeton University(普林斯顿大学)
研究通过力驱动刚性包涵体推动囊泡,揭示了弹性流体动力学机制,发现囊泡在特定条件下会因张力增加而破裂,为磁性大单层囊泡设计和细胞尺度化学递送提供新见解。
2025-12-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Breakup dynamics in primary jet atomization using mesh- and interface- refined Cahn-Hilliard Navier-Stokes
我们提出了一种技术来执行界面分辨模拟复杂的破碎动力学在两相流中使用的Cahn-Hilliard纳维-斯托克斯方程。该方法动态地减小了相关区域的界面厚度参数,同时提高了局部网格分辨率,防止了数值伪影。我们进行了详细的数值模拟的脉冲射流雾化,显示了一个复杂的级联的破碎机制,涉及片破裂和细丝的形成。为了理解细化对破碎的影响,我们分析了液滴尺寸分布。所提出的方法开辟了解决各种多相流现象的模拟。
2022-09-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Drainage and lifetime of thin liquid films: the role of salinity and convective evaporation
本文通过实验研究盐度与湿度对薄液膜排液和寿命的影响,发现排液仅由黏度决定,而寿命受湿度和空气混合显著调控,并基于蒸发速率建立了寿命标度律。
2025-05-07 physics.flu-dyn
Droplet impact on immiscible liquid pool: Multi-scale dynamics of entrapped air cushion at short timescales
我们已经检测到独特的流体动力学拓扑结构的薄空气膜周围的中央空气凹坑形成的过程中,滴的不混溶的液体池的影响。这种模式类似于通常在各种薄凝聚态系统中发现的旋节和指状结构。然而,类似的结构,在薄的截留气体膜在下降的固体或液体的冲击过程中还没有报道。实验和理论上使用高速反射干涉成像和线性稳定性分析的厚度分布和相关的脱湿动力学的截留空气层。我们属性的形成多尺度厚度扰动,相关的破裂,和手指状突起的排水空气膜作为一个组合的工件薄膜和Saffman-Taylor不稳定性。特征长度尺度取决于冲击韦伯数、液池与液滴粘度的比率以及空气-水与空气-油表面张力的比率。
2022-03-03 physics.flu-dyn
About linear threshold of instability Of faraday waves in fluid covered by thin film
从纳维-斯托克斯方程和界面张力作为膜物质浓度的函数的边界条件中找到解。这里使用Chen&Vinals的方法。结果表明,增加系数会导致行驶加速度临界值的增大。
2001-10-03 physics.flu-dyn
Slip-enhanced Rayleigh-Plateau instability of a liquid film on a fibre
液固界面处的边界条件对纤维表面液膜的动力学特性至关重要。在这里,轴对称斯托克斯方程的基础上开发的理论框架,探讨液-固滑移的瑞利-高原不稳定性的圆柱形薄膜上的纤维的影响。新的模型不仅表明,滑动增强的增长率的扰动是高估了经典的润滑模型,但也表明了一个滑动相关的主波长,而不是一个恒定的值通过润滑方法,这将导致更大的液滴上形成一个更滑的纤维。通过流体体积法直接数值模拟纳维-斯托克斯方程验证了理论结果。此外,我们的模型预测的滑移相关的主波长与Haefner提供的实验结果一致。等人[Nat.通信:第6卷(1),2015年,18页。1-6]。
2022-12-13 physics.flu-dyn
On the transition to dripping of an inverted liquid film
该研究在零雷诺数下探究倾斜平板下方倒置液膜的滴落转变,通过三类模型对比分析不同条件下的行波解失稳与分岔特性,明确薄膜模型对滴落起始的预测能力。
2022-10-27 physics.flu-dyn
Dynamics of collapse of free-surface bubbles: effects of gravity and viscosity
本文研究了自由表面气泡腔的轴对称坍塌动力学,基于不同 Bond 数和 Ohnesorge 数的实验提出了标度律,揭示了毛细力驱动下粘度与重力对坍塌过程中扭折切向与法向速度及体积通量的影响。
2023-04-05 physics.flu-dyn
Influence of a thin compressible insoluble liquid film on the eddy currents generated by interacting surface waves
最近在实验上观察到由相互作用的表面波产生涡流。该现象提供了操纵浸没在流体中的颗粒的可能性。分析表明,在自由表面情况下,由定常表面波产生的涡流的振幅不依赖于流体粘度。在流体表面被几乎不可压缩的薄液膜(即剪切弹性为零)覆盖的情况下,电流在参数上变得更大,与流体粘度的平方根成反比,所述薄液膜由不溶性试剂形成,与流体本体中的耗散相比具有可忽略的内部粘性损失。在这里,我们扩展了理论的薄不溶性膜的剪切弹性为零,剪切和扩张粘度的情况下,任意的弹性压缩模量。我们发现这两个贡献到拉格朗日运动的被动示踪剂,这是由欧拉垂直涡度和斯托克斯漂移平流。而斯托克斯漂移的贡献保持其值的自由表面的情况下外的一个薄的粘性子层,欧拉垂直涡强烈依赖于流体粘度在高值的膜压缩模量。斯托克斯漂移获得了很强的依赖于粘性子层内的流体粘度,然而,这种变化是由欧拉垂直涡量的相反变化补偿。结果,涡电流强度的垂直依赖性由两个衰减指数之和给出,其中两个衰减都是波数的量级。的减量是数值上不同的,所以欧拉的贡献成为主导在某些深度的表面膜与任何压缩模量。
2018-06-08 physics.flu-dyn
Effect of Stokes number on erosion on Pelton buckets for sediment-laden flows
Technology Platform for Hydraulic Machines, EPFL(EPFL水力机械技术平台)
本研究通过数值模拟分析Stokes数对Pelton水斗射流中颗粒分布的影响,发现高Stokes数下分布不对称,且均匀粒径假设会低估斗尖和分水刃磨损,实际分布更准确。
2025-10-09 physics.flu-dyn
Towards a Mathematical Model for the Solidification and Rupture of Blood in Stenosed Arteries
在本文中,我们提出了一个数学和数值模型的血液凝固和破裂狭窄的动脉。在动脉壁中的血流和现有的狭窄之间的相互作用被建模为三维流体-结构相互作用问题。假设血液是一种非牛顿不可压缩流体,其粘度随时间变化,服从修正的Carreau模型,流动动力学由Navier-斯托克斯方程描述。而动脉壁被认为是超弹性材料,其位移满足准静态平衡方程。使用FreeFem++在二维域上进行数值模拟。我们研究了血液的粘度,速度和最大剪切应力的行为。从数值结果,血液回流区已被确定。此外,在流动方向上的狭窄之后直接观察到高粘度和低速度的血液区域。该区域可以对应于血液积聚,然后对应于凝固区域,该凝固区域受到血流的剪切应力和动脉壁变形施加的力。因此,这个区域被认为是破裂的,然后释放出血块,导致小动脉闭塞。
2020-05-10 cs.NA math.AP math.NA
Transient structures in rupturing thin-films: Marangoni-induced symmetry-breaking pattern formation in viscous fluids
在肥皂泡破裂前的几分钟内,可以观察到独特的和可重复的图案。这些准稳定的瞬态结构与复杂的Marangoni流的不稳定性在弯曲的薄膜上的表面活性剂溶液的存在下。在这里,我们报告了一个广义的Cahn-Hilliard-Swift-Hohenberg模型,该模型使用渐近理论描述了在弯曲表面负载薄膜中的准弹性条纹斑图形成和随之而来的粗化动力学。通过测试的理论对实验肥皂泡,我们发现定量协议与分析预测的成核和早期粗化阶段与图案。我们的研究结果提供了基本的物理理解,可用于(去)稳定薄膜在表面活性剂的存在下,并具有重要的影响,自然和工业环境,如生产薄的涂层膜,泡沫,乳液和喷雾剂。
2019-05-17 nlin.PS physics.flu-dyn
Formation and decay of eddy currents generated by crossed surface waves
由交叉表面波引起的质量输运由Stokes和Euler贡献组成,它们在性质上非常不同。第一个贡献是理想流体中平面波的Stokes漂移的推广,第二个贡献是由于流体粘性而产生的,并且它由施加在流体表面附近的粘性子层中的力激发。我们研究的诱导质量传输的形成和衰减的理论和实验,并证明这两个贡献有不同的时间尺度为典型的实验条件。欧拉贡献的演化由扩散方程描述,其中流体运动粘度起扩散系数的作用,而斯托克斯贡献的演化更快,感觉到系统边界附近的附加阻尼。如果流体表面被污染,则差异变得更加明显。我们模型的污染的影响,由一个薄的不溶性液体膜上的流体表面的压缩模量是唯一的非零流变参数的膜。然后,欧拉对质量输运的贡献在参数上变得更大,斯托克斯贡献的演化在参数上变得更快。该参数在两种情况下是相同的,并且它等于表面波的品质因数,其通过表面膜的存在而被修改。我们推断的压缩模量的膜的值通过拟合的瞬态测量的涡流的结果,并表明,所获得的值导致正确的比率的水平和垂直速度的波动的振幅,是在合理的协议与测量的表面波耗散率。
2019-10-06 physics.flu-dyn
A thin-film equation for a viscoelastic fluid, and its application to the Landau-Levich problem
粘弹性流体的薄膜流动在各种工业和生物环境中都会遇到。对牛顿流体中的粘性薄膜流动的理解已经非常成熟,这在很大程度上是由于所谓的薄膜方程。该方程是描述膜高度的单一偏微分方程,是利用膜的薄度的润滑近似影响的斯托克斯方程的显著简化。对于粘弹性流体的流动,还没有这样一个确定的方程。本文推导了二阶流体的薄膜方程,并利用它研究了经典的Landau-Levich浸涂问题。我们展示了流体的粘弹性如何影响沉积膜的厚度,并解决文献中关于该主题的差异。
2021-12-23 physics.flu-dyn
Bi-disperse particle-laden flows in the Stokes regime
这篇arXiv文章描述了2012年11月在加利福尼亚州圣地亚哥举行的第65届流体动力学APS分部年会上发表的关于“斯托克斯状态下的双分散颗粒负载流”的流体动力学视频。该视频显示了三个不同的实验,旨在研究硅油薄膜的动力学,载满玻璃珠和添加第二种颗粒到浆料的影响。油和颗粒的混合物在重力的作用下沿着斜坡向下流动。这些视频是在加州大学洛杉矶分校应用数学实验室录制的。
2012-10-15 physics.flu-dyn
Modelling of the dewetting of ultra-thin liquid films on chemically patterned substrates: linear spectrum and deposition patterns
本文通过薄液膜方程和线性稳定性分析研究化学非均匀基底上纳米液膜的去润湿,提出从早期膜高剖面测量表面能图案的方法,并揭示最终液滴阵列对图案形状、尺寸和幅值的依赖关系。
2025-04-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Chemically reactive thin films: dynamics and stability
本文通过线性稳定性分析和数值模拟,研究催化剂引发的化学反应对液体薄膜稳定性的影响,揭示了反应可稳定或不稳定薄膜的新机制及化学活性液滴的非稳态行为。
2024-02-22 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Dynamical Effects and Phase Separation in Thin Films
在润滑近似下,我们用Navier-Stokes-Cahn-Hilliard方程研究了薄膜中的相分离,用范德华势模拟了基片-薄膜相互作用。我们调查的薄膜方程数值,并与实验结果进行比较。我们发现,该模型捕捉到了真正的相分离流体的定性特征,特别是浓度梯度产生薄膜变薄和表面粗糙化的趋势。相分离的最终结果强烈依赖于浓度梯度对流动的动态反作用,正如我们所证明的,当在膜的表面施加剪切应力时。当反作用小时,相畴边界与施加的应力的方向对齐,而随着反作用变大,畴开始在垂直方向对齐。
2007-03-13 physics.flu-dyn
Interfacial Dynamics of Thin Viscoelastic Films and Drops
我们提出了一个计算调查的粘弹性薄膜和滴在固体基底上的范德华相互作用力,在两个空间维度。控制方程是在纳维-斯托克斯方程的长波近似下得到的,并采用Jeffreys粘弹性模型。我们研究了粘弹性、牛顿粘度和基底滑移对粘弹性薄膜动力学的影响。我们还研究了粘弹性对在预润湿基底上扩散或后退的液滴的影响。对于去湿膜,数值计算结果表明,存在多个二级液滴的弹性值较高,与实验结果一致。对于液滴,我们发现,弹性效应导致偏离Cox-Voinov定律的部分润湿流体。一般来说,与牛顿效应相比,弹性效应增强了扩张,抑制了收缩。
2016-10-08 physics.flu-dyn
Controlling the dewetting morphologies of thin liquid films by switchable substrates
本文计算研究了沉积在时空变化接触角建模的可切换基底上的不稳定薄膜动力学,发现通过控制润湿性变化率可形成亚稳态细流,并基于单一无量纲参数提出了细流判据及理论解释。
2021-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
A Discrete Droplet Method for Modelling Thin Film Flows
本文提出了一个新的模型来模拟流过曲面的流体薄膜的形成、演化和破裂。被称为离散液滴方法(DDM),该模型捕捉薄流体膜的演变,通过跟踪单个移动的流体液滴。在现有的薄膜模型,解决了偏微分方程,以确定膜的高度,在这里,我们计算的膜高度的数值积分的基础上的液滴的聚集。这种方法在使用液滴方面的新颖性使其适合于模拟流体膜的形成,并对部分润湿表面上的薄膜流动进行建模。DDM是一种拉格朗日方法,每个液滴上的力平衡控制运动,导数近似使用平滑粒子流体动力学(SPH)的方法。通过与解析解、薄膜流浅水方程的结果以及全三维解析Navier Stokes模型的结果进行比较,验证了该模型的有效性。我们还提出了使用的DDM的工业测试案例。结果表明,该模型对含薄膜流动的模拟是有效的。
2022-05-11 physics.flu-dyn
Two-dimensional pulse dynamics and the formation of bound states on electrified falling films
该研究针对倾斜壁面带电降膜的流动,结合长波模型与Stokes方程分析单峰孤立脉冲等相干结构,揭示电场对脉冲形态、相互作用及不稳定性的调控机制,并通过数值计算验证相关理论预测。
2018-07-19 physics.flu-dyn
Particle-laden thin-film flow in helical channels with arbitrary shallow cross-sectional shape
螺旋槽道中的颗粒流动由于其在采矿和矿物加工工业中使用的螺旋颗粒分离器中的应用而受到关注。在本文中,我们扩展了以前的工作Lee,Stokes,Bertozzi(2013)通过研究薄膜流动的单分散颗粒负载的流体在螺旋缠绕通道中的任意中心线曲率和扭转,和任意横截面形状。在颗粒均匀分布的情况下,通过膜的深度,可以取得显着的分析进展:控制方程减少到一个单一的非线性常微分方程,这是很容易的数值积分,以获得适当的边界条件下的解决方案。出于可能的应用程序的螺旋分离器的设计,我们考虑改变通道中心线的几何形状,横截面形状和颗粒密度对所产生的流量和颗粒的径向分布的影响。我们的研究结果支持Arnold,Stokes,Green(2016)关于通道中心线几何形状和横截面形状对无颗粒区域流动的影响的研究结果。在颗粒丰富的区域,看到类似的效果,虽然主速度是较低的,由于有效的混合物粘度增加。\ys {对于给定的流体和颗粒通量,关键的兴趣是通道几何形状对颗粒聚焦的影响。我们发现,在通道横截面中引入沟槽,这是商业螺旋颗粒分离器中经常使用的特征,导致颗粒富集区域的径向宽度更小,即颗粒的聚焦更尖锐,这与显示通道几何形状影响螺旋分离器中的颗粒分离的实验一致。
2019-02-14 physics.flu-dyn
Thin-Film Smoothed Particle Hydrodynamics Fluid
我们提出了一种基于粒子的方法来模拟薄膜流体,共同促进积极的表面变形和蓬勃发展的切向流动。我们从表面张力驱动的纳维-斯托克斯方程中建立动力学模型,并使用渐近润滑理论进行降维,并基于弱可压缩光滑粒子流体动力学(SPH)定制了一组微分算子用于演化点集表面。关键的见解是,SPH的可压缩性,这是不利的,在其典型的使用,是有助于在我们的应用程序,以共同发展的厚度,计算的表面张力,并加强流体的不可压缩性上的薄膜。通过这种方式,我们能够以基于物理的方式将表面变形与面内流动双向耦合。我们可以模拟复杂的旋涡漩涡,由于瑞利-泰勒不稳定性,毛细波,牛顿干涉条纹,和马兰戈尼效应自由变形表面上的指状效应,提出了现实的视觉结果和数值验证。我们的系统基于粒子的性质也使它能够方便地处理拓扑结构的变化和余维转换,使我们能够结婚的薄膜模拟与广泛的3D现象,如夹断不稳定的悬链线,重力下滴,液滴合并,以及气泡破裂。
2021-05-17 cs.GR physics.flu-dyn