Interactions of a collapsing laser-induced cavitation bubble with a hemispherical droplet attached to a rigid boundary
研究空化气泡与刚性边界上半球形油滴的相互作用,通过实验和理论模型揭示四种典型相互作用模式,并基于Weber数和各向异性参数确定相互作用区域。
2023-10-23 physics.flu-dyn
Dynamics of sessile and pendant drop excited by surface acoustic waves: gravity effects and correlation between oscillatory and translational motions
当固着液滴被超声表面声波(SAW)激发时,它们会经历复杂的动力学过程,包括振荡和平移运动。虽然瑞利-兰姆四极液滴振荡的性质已经确定,但它们的起源及其对液滴流动性的影响仍然无法解释。事实上,这种特殊的动力学背后的物理学是复杂的,涉及在激发水平(声流和辐射压力)和液滴响应(非线性振荡和接触线动力学)的非线性。在本文中,我们研究了由声表面波激发的固着液滴和悬垂液滴的动力学。对于悬垂液滴,在接近液滴分离阈值的位置观察到了迄今为止未报告的动力学,并抑制了平移运动。远离这个阈值,悬垂和固着液滴动力学之间的比较,使我们能够确定所发挥的作用,重力或更一般地由初始或动态引起的拉伸的下降。反过来,我们阐明了共振频率偏移的起源,以及振荡和平移运动之间的强相关性的起源。我们表明,对于固着液滴,速度主要是由振荡的振幅和饱和度观察到的是由于动态诱导拉伸的液滴响应频率的非线性依赖。
2016-01-15 physics.flu-dyn
Too fast to grow: Dynamics of pendant drops sliding on a thin film
已知悬浮在湿基底的下侧上的悬垂液滴从周围的薄液膜积聚流体,该过程通常导致滴落。这种液滴的生长由于它们在均匀的水平膜上平移的能力而加速。在这里,我们表明,这种情况是令人惊讶的逆转时,基板稍微倾斜($\approx 2$度),液滴变得太快,在他们的运动过程中增长和收缩。结合实验和数值模拟,我们合理化的传统的增长制度和以前未知的衰变制度,我们报告之间的过渡。使用的朗道-列维奇弯月面,连接到膜的分析处理,我们定量预测的两个流态和临界倾角的值,它们之间的过渡发生的下降动态。
2021-07-30 physics.flu-dyn
Identities for Droplets with Circular Footprint on Tilted Surfaces
给出了基于倾斜平面的圆形接触边界液滴相关参数之间的精确数学关系。其中两个恒等式来自力平衡,一个来自转矩平衡。倾斜表面覆盖了固着或悬垂液滴的全部倾斜范围,包括液滴在壁(垂直表面)上的中间情况。的身份进行测试下的线性响应近似在小邦德数的可用解决方案,以及从数值解得到的,利用表面进化软件。详细讨论了用数值解获得某些角平均值的微妙之处。有人认为,身份是有用的,在两个方面。第一种方法是将杨-拉普拉斯方程中的某些未知量用由恒等式得到的表达式代替。第二种方法是利用这些恒等式来估计近似解析解或数值解的误差,而不需要参考精确解。
2020-11-14 physics.flu-dyn
Hidden in plain sight: How evaporation impacts the pendant drop method
Canon Production Printing Netherlands B.V.(荷兰佳能生产打印有限公司);Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization(马克斯·普朗克动力学与自组织研究所);University of Twente(特温特大学)
本研究通过实验与模拟揭示蒸发冷却会使悬滴法测表面张力误差超1mN/m,提出无额外仪器的湿度控制被动方法,成果对Marangoni流相关多领域应用有参考价值。
2025-08-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheocoalescence: Relaxation time through coalescence of droplets
已知悬垂液滴与固着液滴聚结以形成单个子液滴的动力学形成桥。桥的演变始于两滴之间的点接触,导致尺寸与液滴直径相当的液体颈。为了探测聚合物流体中的这种现象,我们使用高速成像来量化聚结过程中的颈部半径增长。在目前的研究中,我们揭示了存在三个制度的基础上的浓度比$c/c^*$,即,惯性弹性$c/c^*<c_e/c^*$,粘弹性$c_e/c^*<c/c^*<20$和弹性为主的制度$c/c^*>20$。研究结果表明,颈半径随时间(t)的增长服从幂律行为$t^b$,使得系数$b$在惯性弹性和粘弹性区域具有稳定值,在弹性主导区域单调减小.基于$b$对浓度比的这种依赖性,我们提出了一种新的测量技术流变聚结来获得这些流体的弛豫时间。我们还显示了偏离文献中提出的普遍性的弹性为主的制度。
2022-01-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplets on Inclined Plates: Local and Global Hysteresis of Pinned Capillary Surfaces
局部接触线钉扎防止液滴重新排列到最小的全局能量,并且没有钉扎的液滴模型不能预测它们的形状。我们表明,实验更好地描述了一个理论,在这里开发的,不占约束接触线运动,作为例子液滴倾斜板。我们在合适的相空间中绘制出它们的形状。对于二维液滴,最大倾斜的临界点取决于滞后范围和Bond数。在3D中,它还取决于初始宽度,突出了沉积历史的重要性。
2014-07-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Deformation dynamics of an oil droplet into a crescent shape during intermittent motion
本研究针对含樟脑和油红O的石蜡液滴在水面的间歇新月形变形运动,通过定量分析与悬滴法测量,揭示了界面张力变化与樟脑流出驱动力降低共同作用的机制。
2024-10-05 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Slingshot droplet generator for clogging-free and tunable production of small uniform drops in air
众所周知,在实验室中很难制造出尺寸明确的亚毫米级空气传播液滴。在这里,我们证明,任何简单的液滴头,其中毫米级的液滴是通过让他们从一个空心针的重力下滴创建的,很容易变成一个多功能的液滴发生器能够产生滴小于针的直径。这通过以接近针管的弯曲共振的频率振动针基部来实现。通过高速成像和详细的图像分析,我们表明,从针尖一个接一个地甩出的液滴大小均匀。所产生的液滴尺寸主要由驱动频率设定,并且实际上与针的几何形状或驱动幅度无关,从而使发生器稳健且易于调节。与简单滴头一样,液滴喷射速率通过流速独立控制。由于针的直径可以比产生的液滴尺寸大得多,因此堵塞不是问题。通过使用具有不同共振频率的针,我们可以以高再现性产生半径在100微米至1 mm之间的液滴(原则上可以产生更小的液滴)。我们提出了一个质量弹簧模型的振动悬垂下降,捕捉我们所有的意见。
2019-10-15 physics.flu-dyn
Anomalous transport of a classical wave-particle entity in a tilted potential
一个经典的波粒实体的形式毫米步行液滴可以出现在自由表面上的垂直振动的液体浴。这样的波粒实体已经被证明表现出量子系统的流体动力学类似物。使用一个理想化的理论模型,这个波粒实体在倾斜的潜力,我们探讨其输运行为。控制波粒实体动力学的积分-微分运动方程转化为驱动粒子速度的类洛伦兹常微分方程(ODE)系统。观察到了几种反常的输运机制,如绝对负迁移率(ANM)、微分负迁移率(DNM)和与力无关迁移率相对应的锁定区。这些观察激励实验中的流体动力学行走液滴系统的实验实现的异常传输现象。
2021-10-25 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Synchrotron X-ray phase-contrast imaging of ultrasonic drop atomization
本研究利用同步辐射X射线相衬成像研究超声变幅杆上单液滴的雾化,发现液滴尺寸可由线性纳维-斯托克斯方程预测,并揭示流体-结构作用、粘弹性及空化对雾化起始与尺寸控制的影响。
2023-09-26 physics.flu-dyn
A contaminant-concentration-dependent surface tension does not explain the absence of solutal Marangoni flow in evaporating droplets
Carlos III University of Madrid(马德里卡洛斯三世大学)
通过PIV实验与耦合流体力学和溶质输运模型对比,发现蒸发液滴内部流动完全由自然对流驱动,而非表面张力梯度,且标准污染模型无法解释流动逆转,表明马兰戈尼应力被完全抑制。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Drop Impact on Liquid Surfaces: Formation of Lens and Spherical Drops at the Air-Liquid Interface
在不混溶液体的空气-液体界面处的液滴通常形成部分浸没的透镜形状(例如,油上的水)。除了这种结构之外,我们还表明,从目标液体上方的临界高度释放的液滴可以承受冲击,并且尽管经历了大的变形,但最终在表面上方保持球形的球形构型。球形液滴是不稳定的,并且由于轻微的扰动而将转变成透镜模式。使用具有各种尖端直径尺寸的精密分配针将去离子水的悬垂液滴释放到氟碳化合物液体(FC-43,3 M)的表面上。发现喷嘴尖端直径与释放的液滴直径之间存在立方关系。用高速摄像机以每秒2000帧的速度记录跌落冲击。为了使水滴承受冲击并在目标液体池的表面处保持球形配置,要求它们具有临界尺寸并从一定高度释放;否则通常观察到的透镜形状的液滴将在表面处形成。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Deformation and necking of liquid droplets in a magnetic field
研究了小永磁体阵列在静态和动态夹断条件下产生的均匀和非均匀磁场对水滴和顺磁溶液的影响。根据表观表面张力γapp或有效密度\r{ho} eff分析液滴形状的静态测量。在450 mT的均匀场中,去离子水的表面张力的变化不显著,为0.19 - 0.21 mNm-1。对Cu ~(2+)、Mn ~(2+)和Dy ~(3+)的补偿零磁化率溶液液滴的测量表明,在500 mT下,表面张力的变化约为-1%,其中液滴的形状不受任何磁体力的影响。高达100 T2 m-1的磁场梯度使液滴变形,并导致\r{ho}效应的变化,该变化对于抗磁性溶液为负(浮力效应)而对于顺磁性溶液为正。分析了强顺磁性0.1 Dy M DyCl 3溶液的液滴剖面,将不均匀的垂直场梯度视为重力的空间变化。讨论了麦克斯韦应力对液滴形状的影响。在动态测量中,夹断时的液滴形状通过高速摄影记录,并根据存在磁场时动态表面张力的相对变化进行分析。表面张力依赖的前置因子的缩放定律,支配夹断动力学显示没有差异的纯水或0.11 M DyCl 3的解决方案在该领域。夹断区的非均匀场没有影响,因为细丝直径远小于毛细管长度。
2022-11-01 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamics and magneto-solutal transport mediated evaporation dynamics in paramagnetic pendent droplets under field stimulus
悬垂液滴的蒸发动力学除了具有丰富的流体和热输运物理之外,在若干应用中是极其重要的领域。本文从实验和分析两方面研究了在磁场刺激下顺磁性悬滴的增强蒸发动力学。文献提供的信息,溶质平流和溶质Marangoni效应导致液滴与离子包裹体的蒸发增强。本文的主要重点是借助磁场对热溶质平流进行调制,并理解在这种复杂的多物理场相互作用下蒸发过程的动力学。实验结果表明,溶剂化磁性元素离子的磁矩对蒸发速率的影响是直接的,从而证实了溶剂化磁性元素离子的磁泳平流和磁溶质平流。此外,通过PIV的流动可视化示出了液滴内的内部平流电流的幅度被加强,以及由磁场的取向被扭曲。通过对组分和能量守恒方程的标度分析,提出了一种基于磁热和磁溶质平流效应的数学形式。形式主义考虑到所有主要的控制因素,如磁热和磁溶马兰戈尼数,磁普朗特和磁施密特数和哈特曼数。该模型建立磁溶质平流分量是增强蒸发动力学的主导因素。实验内循环速度的准确验证,从所提出的模型。本研究揭示了丰富的洞察力的磁热溶质流体动力学方面的顺磁液滴。
2018-06-14 physics.app-ph physics.flu-dyn
Gradient flow formulation and second order numerical method for motion by mean curvature and contact line dynamics on rough surface
本文研究了无惯性和粘性应力作用下,液滴在倾斜粗糙表面上运动的动力学特性。在这种情况下,液滴的动力学是润湿域和毛细管表面方面的纯几何运动。使用一个单一的图形表示,我们解释这个几何运动作为一个梯度流的希尔伯特流形。我们提出了无条件稳定的一阶/二阶数值格式来模拟这种几何运动的液滴,这是使用运动的中曲率加上移动接触线。该计划是基于(i)明确的移动边界,解耦的动态更新的接触线和毛细管表面,(ii)移动网格上的半拉格朗日方法和(iii)预估校正法与非线性椭圆求解器高达二阶精度。对于空间变量连续的拟静态动力学问题,我们证明了一、二阶数值格式的稳定性和收敛性。为了证明所提出的计划的准确性和长期验证,几个具有挑战性的计算实例-包括呼吸液滴,非均匀粗糙表面上的液滴和准静态Kelvin悬垂液滴-构造和比较精确解的准静态动力学得到的去奇异微分-代数系统方程(DAE)。
2020-11-16 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Backflipping motion of air bubbles colliding with a tilted wall
固体颗粒与表面的斜碰撞一直是牛顿力学中广泛研究的课题,它也在一定程度上解释了气泡和液滴的运动。在这里,我们观察到,当气泡与倾斜表面碰撞时,它们表现出后翻转行为。我们的实验表明,当半径为0.6-0.7 mm的气泡以高达15 °的角度与表面碰撞时,它们会发生后翻转,其中最强的后翻转发生在3 °。粒子图像测速技术揭示了后翻转行为是由气泡周围的尾流诱导环流引起的,该环流对气泡施加升力。我们开发了一个理论模型,结合势流理论来描述由弹跳气泡和其尾流之间的相互作用引起的环流。理论结果与实验结果吻合较好,证实了尾流诱导升力在后空翻中的关键作用。最后,我们表明,可以利用气泡的后翻转行为来持续清洁涂有蛋白质溶液的生物表面。
2022-08-30 physics.flu-dyn
Subtleties of UV-crosslinking in microfluidic particle fabrication: UV dosage and intensity matter
Northeastern University(东北大学)
本研究通过微流体技术制备PEGDA微凝胶,发现凝胶化程度影响微凝胶性能,揭示了流体中形状变形与恢复应力的关系。
2025-12-01 physics.flu-dyn
Asymmetric freezing of a sliding droplet on an inclined surface
Indian Institute of Technology Hyderabad(印度理工学院海德拉巴分校);Aristotle University of Thessaloniki(塞萨洛尼基亚里士多德大学);Indian Institute of Technology Ropar(印度理工学院罗帕尔分校)
研究通过数值模拟探讨了液滴在倾斜冷表面滑动过程中冻结的不对称性,分析了重力、毛细力和固态化动力学对液滴运动、界面变形及冻结形态的影响,揭示了滑动对冻结不对称性主导作用及冰尖形成机制。
2026-04-30 physics.flu-dyn
Droplet impact on surfaces with asymmetric microscopic features
液滴对刚性表面的影响是自然界和工业应用中清洁、冷却和涂层过程的核心。然而,尚不清楚固体表面上的孔隙、粗糙度和纹理等细节如何影响撞击动力学的初始阶段。在这里,我们的实验研究下降影响在低速到表面纹理与不对称(倾斜)的脊。我们定义的线摩擦毛细管数$Ca_f={μ_f V_0}/σ$(其中$μ_f$,$V_0$和$σ$是线摩擦,冲击速度和表面张力,分别)作为衡量的重要性的拓扑结构的表面纹理的液滴冲击动力学。我们表明,当$Ca_f \ll 1$,接触线速度的方向上对脊的倾斜设置由线摩擦,而在方向上的倾斜接触线钉在锐角的脊。当$Ca_f \sim 1$时,钉扎只是暂时的,直到液-气界面到达形成新接触线的下一个脊。最后,当使用$Ca_f\gg 1$时,非光滑表面的几何细节几乎没有作用。
2021-02-04 physics.flu-dyn
Drops bouncing off macro-textured superhydrophobic surfaces
最近的实验与液滴冲击的宏观纹理的超疏水表面揭示了新的制度的弹跳与显着减少的接触时间。我们在这里提出了一个全面的数值研究,揭示了这些新的反弹制度背后的物理和量化的各种外部和内力,影响一个复杂的表面的动态下降所发挥的作用。第一次,涉及宏观纹理表面的三维模拟进行。除了证明模拟以定量的方式再现实验外,该研究还专注于分析当前实验之外的流动情况。我们表明,实验观察到的接触时间的减少延伸到更高的韦伯数,并分析所发挥的作用的纹理密度。此外,我们报告了一个非线性行为的接触时间与应用相关的不完美的涂层纹理的韦伯数的增加,并研究了在很宽的韦伯数范围内的倾斜表面的影响。最后,我们提出了新的能源分析技术,阐述和量化的动能和表面能之间的相互作用,以及所发挥的作用,耗散各种韦伯数。
2016-08-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A coupled VOF/embedded boundary method to model two-phase flows on arbitrary solid surfaces
提出一种耦合 VOF/嵌入边界方法,结合四叉树/八叉树离散化与几何接触角模型,实现了任意形状固体表面两相流及接触线动力学的精确模拟与验证。
2024-02-15 physics.flu-dyn