Study of a droplet breakup process in decaying homogeneous isotropic turbulence based on the phase-field DUGKS approach
采用离散统一气体动力学格式和基于自由能的相场模型,通过求解Cahn-Hilliard-纳维-斯托克斯方程,研究了球形液滴在衰减均匀各向同性湍流中的破碎过程.假设两个流体相具有相同的密度和粘度,我们着重于湍流和表面张力对破碎过程的综合影响。系统的关键物理参数包括体积分数(6.54%)、初始韦伯数(21.7)和初始泰勒微尺度雷诺数(58)。液滴演化过程分为三个不同的阶段,即初始球形液滴演化为具有复杂结构的不规则几何形状的变形阶段、形成许多子液滴的破碎阶段和液滴松弛向球形的恢复阶段。从几个角度对这三个阶段进行了系统分析:(1)关于最大等效直径、液滴总数、总界面面积和液滴直径的概率分布的几何观点,(2)关于流体-流体界面处的局部速度和涡度的演变的动力学观点,(3)关于平均动能/耗散率及其傅立叶谱演化的全局观点,(四)关于相对于初始液滴在不同长度尺度和不同半径上同时传递动能的基于球谐函数的能量学(5)系统整体动能和自由能的时间演化。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Two jets during the impact of viscous droplets onto a less-viscous liquid pool
通常认为,当液滴撞击到液体池上时,会发生沃辛顿射流。然而,在这个实验研究的影响粘性液滴上的粘性较低的液体池,我们确定另一个射流除了沃辛顿射流,形成一个双射流现象。在一次撞击事件中,两股喷流,一股表面爬升喷流和一股沃辛顿喷流,可能相继出现。通过仔细调整的影响条件,我们发现,两个射流现象是共同控制的液滴池粘度比,液滴韦伯数,和液滴池的可溶解性。爬面射流的机理与Worthington射流完全不同:液池中的液体沿液滴表面爬升,形成液层,液层在液滴顶点处汇聚,产生爬面射流。这种表面爬升喷气机具有非常高的速度,即,比液滴冲击速度高一个数量级。还分析了冲击速度、液滴粘度、液滴尺寸和表面张力对爬面射流的影响。这项研究不仅为液滴和射流动力学机制提供了物理见解,而且有助于在许多相关应用中优化液滴撞击过程。
2019-11-08 physics.flu-dyn
A Study of Spherical and Sessile Droplet Dynamics by Fluctuating Hydrodynamics
本研究基于Cahn-Hilliard与不可压缩涨落流体动力学模型,模拟了纳米尺度下球形与坐滴的介观动力学,通过确定性迁移率测量与随机位置方差拟合对比计算扩散系数,发现特定滑移壁面及大接触角条件下两者结果存在差异。
2024-11-15 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Impact of Droplets on Inclined Flowing Liquid Films
利用高速成像技术对液滴对倾斜下降液膜的撞击进行了实验研究。降膜是在平坦的基底上产生的,具有可控的厚度和流速。采用不同尺寸和速度的液滴,研究了不同Ohnesorge数、Weber数和液膜雷诺数下的液滴撞击过程。一些现象与液滴的影响进行了识别和分析,如弹跳,部分聚结,总聚结,飞溅。液滴的大小,速度,以及膜流率的影响进行了研究,最终产生的影响制度地图。对液滴通过气体层所受润滑力的分析表明,液膜中流速越大,润滑力越大,液滴的排液过程越慢,液滴弹跳的概率越大。我们的研究结果表明,流动的薄膜有深刻的影响,液滴的冲击过程和相关的现象,这是显着更复杂的比那些伴随着最初的静态膜的影响。
2015-09-02 physics.flu-dyn
Resolved multiple-droplet evaporation
University of Strathclyde(思克莱德大学)
本文推导了多球形帽液滴蒸发通量的渐近公式,利用开尔文变换解析点源响应,揭示蒸气屏蔽的普适结构,并用于计算液体输运。
2026-09-24 physics.flu-dyn
Offset coalescence behaviour of impacting low-surface tension droplet on high-surface-tension droplet
本文实验研究低表面张力液滴偏心撞击高表面张力静置水滴,揭示表面张力、偏移和速度对铺展及回缩动力学的影响,并提出最大铺展长度预测模型。
2023-10-03 physics.flu-dyn
Coalescence delay mediated by the gas layer during the impact of hot droplets
本研究通过实验发现,热液滴撞击液膜时,液滴底部温度梯度诱导的Marangoni流动使介入气层变厚,从而延迟聚结,使驻留时间增加两个数量级以上。
2025-04-23 physics.flu-dyn
Simulation and analytical modeling of high-speed droplet impact onto a surface
针对高速液滴撞击表面的可压缩效应与空化侵蚀建模空白,本研究通过模拟提出融合横向射流特征尺度的转向线半径解析模型,较现有模型预测精度更优,可为相关工业应用提供理论支撑。
2023-11-15 physics.flu-dyn
Droplet impact on asymmetric hydrophobic microstructures
单向排斥液滴的纹理疏水表面在自然界中发现,例如蝴蝶翅膀和黑麦草叶,并且在自清洁和防冰等技术过程中也是必不可少的。然而,液滴对这种表面的影响还没有完全了解。在这里,我们研究,使用高速摄像机,液滴的影响与倾斜的微柱表面。我们观察到定向反弹,在高冲击速度与密集阵列的支柱表面。我们将这种不对称性归因于结构侧壁的润湿行为的差异,导致与倾斜相比,接触线在与倾斜相反的方向上的收缩较慢。实验观察的补充与数值模拟,以阐明详细的运动的液滴的支柱。这些见解提高了我们对液滴对疏水微结构的影响的理解,并可能有助于设计用于控制液滴流动性的结构化表面。
2022-03-09 physics.flu-dyn
High Speed Imagery Analysis of Droplet Impact on Soft Oil Infused Surface
本研究通过高速成像和定量分析,探讨了OTS功能化及不同油涂层对平滑PDMS表面液滴撞击动力学的影响,发现表面功能化与油-PDMS相互作用显著调控液滴的铺展、回缩与回弹行为,为优化拒液表面提供了关键见解。
2025-03-04 physics.flu-dyn
Computational Study of Bouncing and Non-bouncing Droplets Impacting on Superhydrophobic Surfaces
我们用数值方法研究了液滴在超疏水表面等温碰撞过程中的弹跳和非弹跳现象。一个内部的,实验验证,有限元法为基础的计算模型来模拟液滴的冲击动力学和瞬态液滴内的流体流动。在拉格朗日框架下,采用三相接触线上的动态润湿边界条件,精确地跟踪了气液界面。通过冲击速度和平衡接触角的系统变化来研究动能、表面能和重力能的相互作用。数值模拟表明,如果最大反冲时刻的液滴总能量超过初始表面能和重力能,则液滴会从表面反弹,否则不会。非弹跳液滴的特征在于由于动能和表面能之间的竞争而在自由表面上的振荡。通过模拟在不同时间获得的液滴尺寸和形状与文献中提供的相应测量值进行比较。比较显示数值数据与测量值的良好一致性,并且计算模型能够重建如测量中所见的液滴的弹跳和非弹跳。模拟的内部流动有助于理解碰撞动力学以及弹跳和非弹跳期间相关能量的相互作用。
2016-01-05 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
Surface jets and internal mixing during the coalescence of impacting and sessile droplets
实验研究了在表面张力占主导地位的情况下,具有相同或不同表面张力的固着液滴和随后沉积的撞击液滴在聚结过程中的内部动力学。两个彩色高速摄像机被用来捕捉快速的内部流动和相关的混合,同时从两侧和仰视图通过添加惰性染料的影响液滴。如果具有相同表面张力的液滴之间有足够的横向间隔,则在合并的液滴顶部识别出稳健的表面射流。图像处理表明,这种射流是由冲击惯性和不动接触线引起的表面流动的结果。通过在聚结液滴之间引入表面张力差,可以经由马兰戈尼流来增强或抑制表面射流。初始液滴配置和相对表面张力的长期动态和混合效率的影响,加上新兴的应用,如反应性喷墨打印的影响,也被认为是。
2020-02-24 physics.flu-dyn
Droplet impact and Leidenfrost dynamics on a heated post
本研究探讨了液滴撞击加热毫米柱的流体破碎和莱顿弗罗斯特动力学。使用高速光学和红外成像,我们调查的液滴寿命,破碎和沸腾模式,以及不同的基板的冷却性能。与平坦基板相比,柱基板导致更短的液滴寿命和高20°C的莱顿弗罗斯特温度,这归因于沿着柱的高度的混合沸腾模式和额外的钉扎。对于低于莱顿弗罗斯特点的温度,在核沸腾状态下,后基板也提供了比其平坦对应物更大的最大温度下降。增强的冷却能力可以归因于更好的液滴钉扎和扩大的液滴-基板接触面积。在倾斜表面上的冲击中,立柱的卓越冷却性能变得尤为明显,立柱成功地防止了液滴的滚动和反弹,使最大局部温度下降增加了51%至180%。有趣的是,在略高于莱顿弗罗斯特点的温度和韦伯数的一个相对较窄的范围内,后基板上的液滴反弹,而不是打破了由于惯性,毛细管和气泡(薄膜)动力学的复杂的相互作用。总的来说,研究结果表明,一个大尺度结构增加莱顿弗罗斯特温度,并提高液滴破碎和界面传热效率在非等温液滴的影响。
2022-10-09 physics.flu-dyn
Flow past a fixed spherical droplet: breaking of axisymmetry by an internal flow bifurcation
本文通过直接数值模拟研究了均匀流绕固定球形液滴的流动,发现低至中等粘度比下的轴对称性破缺由内部流动不稳定性引起,揭示了内部涡量临界值触发分岔的机制,并证明其与浮力液滴上升时的路径不稳定性密切相关。
2025-04-18 physics.flu-dyn
Initiation of the Worthington jet on the droplet impact
在一定的撞击速度范围内,液滴撞击变形产生Worthington射流。虽然从类似的情况下预测的射流的增长,以及其尖端速度的液滴的影响,射流产生的机制还有待了解。在这项研究中,高速可视化的液滴的超疏水表面上的影响进行了解的空气腔的崩溃所产生的射流的启动。产生直径为2.0 mm和3.0 mm的水滴,并且液滴的韦伯数在2至20的范围内变化。从捕获的图像测量射流速度,并且发现其在韦伯数等于约7处具有峰值。在峰值处产生的射流速度比冲击速度高约15倍。此外,我们观察到,表面波所产生的碰撞的液滴上的固体和波引起的液滴帽的振荡,因为它们从固液接触线传播到液滴的顶部。此外,我们发现振荡的相位与韦伯数有关,它显著影响射流速度,因为它决定了射流产生的初始条件。
2017-12-19 physics.flu-dyn
Bounds on the Spreading Radius in Droplet Impact: The Two-Dimensional Case
University College Dublin(都柏林大学学院)
本文通过建立边缘膜模型和格ronwall不等式,推导出液滴撞击中最大扩散半径的理论界限,并通过模拟验证了该理论结果。
2025-07-21 physics.flu-dyn
Droplet impact dynamics on Janus-textured heated substrates
本文采用热格子玻尔兹曼方法数值研究了液滴在Janus织构加热衬底上的碰撞动力学行为。研究了润湿性、Jakob数和Weber数等因素对Janus织构加热表面液滴撞击动力学行为的影响。模拟结果显示了三种类型的沸腾状态,即,接触沸腾、过渡沸腾和膜沸腾。接触沸腾状态下液滴定向向稠密区迁移,而在低韦伯数下膜态沸腾状态下液滴向稀疏区迁移,这与实验中液滴运动方向一致[Zhang et al.,高级功能材料:2019,29,1904535]。在Janus织构的加热基底上,液滴的自推进是由于不平衡的杨氏力、蒸汽压差和热泳力的作用。此外,具有低润湿性的Janus织构表面具有优异的成核行为,导致它们通常容易从有效的过渡沸腾状态过渡到低效的膜沸腾状态。此外,随着Jakob数的增加,液滴的沸腾状态由接触沸腾状态向过渡沸腾状态再向膜沸腾状态转变。
2022-10-30 physics.flu-dyn
On the mechanics of droplet surface crater during impact on immiscible viscous liquid pool
研究了液滴撞击不混溶粘性液体池的过程,并通过实验和理论分析研究了液滴表面凹坑的形成。我们归因于形成的空气弹坑的快速减速液滴由于粘性阻力。液滴对外部冲击减速力的响应在暴露于空气的表面上引起振荡模式,形成毛细波,毛细波传播以形成各种形状和尺寸的空气坑。我们引入了一个无量纲参数($Γ$),即作用在液滴上的阻力与毛细力之比。我们表明,$Γ$是直接成正比的毛细管数。我们发现,液滴形成的空气火山口的显着深度有$Γ>1$。此外,我们证明了勒让德多项式可以局部近似的中央空气火山口射流的轮廓。我们还破译了空气撞击坑响应时间尺度($T$)随撞击韦伯数($T{\sim}We^{1/2}$)的平方根而变化。此外,我们概括了当地的液滴响应与全球响应模型的基础上的特征值问题的低冲击能量。我们表示为一个动态接触线的受约束的Rayleigh下降问题的渗透下降。空气-水界面动力学分析使用无粘液滴变形模型的小变形振幅。液滴的局部响应理论和整体响应理论是一致的,并描述了变形轮廓可以表示为勒让德多项式基的本征模的线性叠加。我们发现,由于这种动态接触线的存在,液滴在不混溶碰撞系统中的响应不同于混溶碰撞系统。
2022-09-29 physics.flu-dyn
Spreading dynamics of droplets impacting on oscillating hydrophobic substrates
本研究实验探究了液滴撞击正弦振荡疏水基底的铺展动力学,发现铺展分为受惯性与振荡控制的阶段I和回缩中因基底附加能量产生的阶段II,并推导了预测最大铺展直径及时间的比例分析,为优化基底振荡控制液滴铺展及传热传质应用提供依据。
2023-06-19 physics.flu-dyn
Local dissipation limits the dynamics of impacting droplets on smooth and rough substrates
撞击到固体基底上的液滴以复杂的动力学变形。为了提取主导这种动态的主要机制,我们部署基于相场方法的数值模拟。与实验的直接比较表明,局部接触线的耗散限制了液滴的扩散动力学及其缩放的最大扩散半径$β_\mathrm{max}$。通过假设线性响应,通过在接触线的阻力,我们的模拟合理的实验观察液滴的影响,通过一个单一的接触线摩擦参数$μ_f$测量的光滑和粗糙的基板。此外,我们的分析表明,在低和中等的冲击速度耗散在接触线限制的动态,我们描述$β_\mathrm{max}$的缩放定律$β_\mathrm{max} \sim (Re μ_\mathrm{l}/μ_f)^{1/2}$,这是一个功能的液滴粘度($μ_\mathrm{l}$)和雷诺数($Re$)。
2016-11-15 physics.flu-dyn
Three-dimensional study of double droplets impact on a wettability-patterned surface
基于三维多弛豫时间赝势格子Boltzmann模型,研究了两液滴同时撞击具有润湿性差异的平面时的定向运动和回弹行为.详细研究了润湿性差、韦伯数和液滴间距等因素对定向运动和回弹行为的影响。数值结果表明,润湿差引起的不平衡杨氏力会使液滴向表面疏水性较低的一侧反弹或横向迁移,液滴的接触时间随着润湿差的增大而减小。此外,值得注意的是,在较低的韦伯数的情况下,存在二次扩展行为,这反过来又导致接触时间的增加。此外,对于液滴间距的影响,我们发现液滴的聚结强度随着液滴间距的增大而减小,特别是聚结液滴在非对称收缩过程中分裂成两个子液滴,并定义了三种分离模式来揭示液滴间距的影响.
2022-01-19 physics.flu-dyn
Analytical prediction of the temperature and the lifetime of an evaporating spherical droplet
本文提出一种解析预测蒸发球形液滴温度的方法,通过文献数据回顾温度对相关物理参数的影响并推导隐式方程,结合二次近似获得温度显式预测,进而提出包含冷却效应的液滴寿命解析预测。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Impaction of spray droplets on leaves: influence of formulation and leaf character on shatter, bounce and adhesion
本文结合试验数据和简单的数学模型,研究了喷雾剂类型和叶片特性(润湿性)对雾滴撞击棉、稻、麦叶片时的破碎、反弹和粘附的影响。冲击标准,允许不同的角度的叶片表面和液滴的影响轨迹,他们的预测是基于液滴的大小和速度的组合是否高于或低于反弹和破碎边界。在实验部分中,使用了真正的叶子,以及它们固有的自然变化。此外,采用商业农业喷雾喷嘴,导致一系列液滴特性。考虑到这种自然变异性,数据和预测之间存在广泛的一致性。正如预测的那样,发现液滴的破碎随着液滴尺寸和速度的增加而增加,并且表面变得更难润湿。液滴的弹跳最常发生在具有高表面张力混合物的硬到湿表面上。另一方面,观察到一些具有低冲击速度的小液滴在预测处于粘附状态时反弹。我们认为,这种预测和实验数据之间的差异可能是由于空气层的影响,没有考虑在目前的反弹方程。实验和理论之间的其他差异被认为是由于目前假设的干冲击表面,而在实践中,叶片表面越来越多地覆盖着液体在整个喷雾试验运行。
2015-06-13 physics.flu-dyn
Suppression of Droplet Breakage by Early Onset of Interfacial Instability
本研究探讨了颗粒包覆液滴撞击超疏水表面的动力学,发现早期发生的界面指状不稳定性通过形成稳定指状物增加能量损耗,从而在原本必然破碎的Weber数范围内抑制液滴破碎,该现象在自清洁等领域具有应用潜力。
2022-09-25 physics.flu-dyn
Experimental study of the impact dynamics of polymeric hollow droplets
Concordia University(康科迪亚大学);McMaster University(麦克马斯特大学);M Corporate Research Analytical Laboratory, Polymer Science Group(3M公司企业研究分析实验室,高分子科学组)
本研究实验探究了牛顿与粘弹性空心液滴的冲击动力学,发现粘弹性延迟气泡破裂、抑制脱离并产生串珠结构,且惯性、粘度、毛细力和弹性共同决定沉积、部分沉积或脱离等飞溅形态。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Impact force and spreading characteristics of droplet impact on cylindrical surfaces
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University(天津大学内燃机国家重点实验室);National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University(天津大学国家储能产教融合平台)
研究液滴撞击圆柱表面的冲击力与扩展特性,揭示其与Weber数、Ohnesorge数及表面润湿性的关系。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Droplet impact on surfactant-laden thin liquid films: Vortex ring dynamics
Technische Universität Darmstadt(达姆施塔特工业大学);Korea Advanced Institute of Science and Technology(韩国科学技术院)
研究通过实验揭示了表面活性剂对液滴冲击薄液膜中涡旋环动力学和混合模式的影响,建立了不稳定性阈值并解释了界面应力的作用。
2026-02-15 physics.flu-dyn
Singular jets during droplet impact on superhydrophobic surfaces
Tianjin University(天津大学);State Key Laboratory of Engines, Tianjin University(天津大学内燃机国家重点实验室);National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University(天津大学储能产教融合平台);State Key Laboratory of Chemical Engineering, Tianjin University(天津大学化工国家重点实验室)
研究发现超疏水表面液滴撞击过程中存在由水平惯性引发的新型奇异喷射现象,揭示了其形成机制与状态图谱。
2025-12-02 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations of droplet breakup in confined and time-dependent flows
我们研究液滴动力学和破碎一般的时间依赖性的流动通过多组分格子玻尔兹曼算法,重点是流动启动条件。我们首先研究液滴破碎在一个有限的振荡剪切流通过两个不同的协议。在一种设置中,我们从最初的球形液滴开始,并突然打开流动(“冲击方法”);在另一种方案中,我们也从最初的球形液滴开始,但我们通过允许液滴在再次增加流动振幅之前对于振幅的每次增加松弛到稳定状态来逐渐增加流动的振幅(“松弛方法”)。这两个协议所示,以产生实质上不同的分手的情况。这两个协议之间的不匹配也研究了流动拓扑结构的变化,限制的程度和流体的惯性。所有结果都表明,在极端的约束条件下,松弛协议可以驱动液滴进入亚稳态,这只会打破非常强烈的流量振幅,但它们的稳定性是容易受到外部扰动,如振荡驱动力。
2020-03-15 physics.flu-dyn
Oblique droplet impact onto a deep liquid pool
采用自适应流体体积求解器Basilisk对液滴斜撞击深液池进行了数值研究。飞溅阈值,空腔的形成,空腔的演变和最大空腔尺寸被量化为韦伯数和冲击角的函数。我们将数值结果与Gielen等人最近的实验工作进行了比较。[Phys. Rev. Fluids 2,083602(2017)]。类似的实验结果,观察到三种不同的影响制度:沉积的液滴上的池,单面飞溅的方向的影响和飞溅的所有方向。我们表现出良好的定性和定量协议的飞溅行为和空腔形成之间的模拟和实验。此外,模拟提供了一个三维视图的影响现象,获得速度和压力场,并允许探索碰撞参量是很难实现的实验。
2019-03-21 physics.flu-dyn
To grate a liquid into tiny droplets by its impact on a hydrophobic micro-grid
我们报告的实验滴影响疏水性微网格,典型的间距几十$μ$ m。当冲击速度超过临界值时,液体会向另一侧涌出,形成与网格孔大小相当的微滴。我们提出了一种方法来产生单分散喷雾或体积小至几皮升的单个微小液滴,对应于液滴体积除以高达10倍的$^5$。我们还讨论了测量的阈值与预测的惯性和毛细作用之间的平衡的差异。
2009-11-30 physics.flu-dyn
Short-Time Force Response during the Impact of a Droplet with Gas Bubbles
本文通过边界积分法与润滑理论耦合的数值模拟,研究液滴内气体气泡对撞击固体前短时力响应的影响,发现气泡可缓冲撞击,且大气泡、近撞击区气泡及多个小气泡的减撞效果更显著。
2025-03-10 physics.flu-dyn
Liquid Droplet Impact Dynamics on Micro-Patterned Superhydrophobic Surfaces
该视频展示了水/甘油(50%/50%质量)液滴对两种类型的微图案化超疏水表面的影响的实验定性和定量结果。所用的两种类型的表面是80%空腔分数的肋和柱,其周期性间距分别为40 μm和32 μm。所有表面均通过光刻法制造。采用冲击韦伯数作为动力学参数,比较了两种表面的飞溅和回弹特性。虽然液滴在低韦伯数下表现出类似的动力学,但对于这里测试的所有韦伯数(5<We<900),柱上的回弹射流速度(通过液滴冲击速度归一化)明显高于肋上的回弹射流速度。在韦伯数升高时,液滴沿外周飞溅。在飞溅时产生的这些侧液滴被称为卫星液滴。俯视图视频显示了两种表面类型的飞溅行为的显著差异。在肋上,卫星液滴的形成始终倾向于与肋纵向成60°的路径。当韦伯数大于150时,这种行为普遍存在,然而,当We > 265时,不会发生显著的飞溅。在柱子上,卫星液滴也遵循特定的路径,但方向不同。卫星液滴在与柱晶格结构对准的位置中形成。在600 < We < 750时观察到这种行为。在一定的条件下,射流在肋板上的反弹现象是一个有趣的现象。由于表面各向异性引起的收缩液滴上的不均匀剪切分布,在回弹时形成两个射流,并且被称为两叉射流。这种行为发生在肋上的115 < We < 265。在哨所上也观察到两股射流,但连贯性和重复性较低。在大约500 < We < 600时观察到这种行为。
2013-10-14 physics.flu-dyn
Droplet splashing during the impact on liquid pools of shear-thinning fluids with yield stress
液滴对液体池的影响在自然界和许多工业应用中普遍存在。尽管非牛顿流体在许多应用中得到了广泛的应用,但以往的液滴碰撞研究主要集中在牛顿流体上,而对非牛顿流体液滴的碰撞动力学研究较少。本文采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了剪切变稀液滴在屈服应力作用下的飞溅动力学。考虑了飞溅过程中喷射物片的形成和扩展,分析了喷射物片出现的速度、半径和时间。结果表明,非牛顿流体的性质显著影响飞溅过程。随着流动指数的减小,飞溅物片更容易形成,较大的屈服应力会影响飞溅物片的厚度,由于惯性力是飞溅物片扩展的主导因素,飞溅物片的扩展半径塌陷为一个几何半径。
2021-10-18 physics.flu-dyn
Impact of a microfluidic jet onto a pendant droplet
高速微流体射流可以通过热空化过程产生:从微流体通道内的液体蒸发,形成快速膨胀的气泡,并通过流动聚焦效应产生射流。在这里,我们研究的影响和横向的悬垂液滴上这样的射流。在冲击时,产生膨胀的空腔,并且在临界冲击速度以上,射流横穿整个液滴。我们预测的临界穿越速度(i)从一个简单的能量平衡和(ii)通过比较的杨拉普拉斯和动态压力在碰撞过程中产生的空腔。我们将模型预测与实验进行对比,在实验中,我们改变了悬垂液滴的液体性质,并找到了良好的一致性。此外,我们评估了表面活性剂和粘弹性效应如何影响临界冲击速度。我们的研究结果是相关的研究无针注射,在类似的速度和尺寸的射流正在使用。鉴于我们系统的简单性,我们可以系统地改变目标属性,并揭示它们对冲击动力学的影响,这在注射到真实皮肤中时是一个真正的挑战。
2021-05-26 physics.flu-dyn
Sprays from droplets impacting a mesh
在液体喷雾应用中,喷雾通常通过液体片或射流的形成和不稳定而产生。这种雾化过程的缺点是,破碎通常是高度不规则的,导致液滴尺寸的广泛分布。由于这些尺寸由韧带厚度和尺寸控制,因此单分散喷雾应由光滑且尺寸相等的韧带组成。创建平滑且大小相等的韧带的直接方法是通过对网格的液滴冲击。在这项工作中,我们表明,这种方法并不产生单分散液滴,但相反的液滴尺寸分布是非常广泛的,大量的小卫星滴。我们表明,碎片是由喷射不稳定性,其中初始扰动所造成的注射过程中的长波长的干扰,确定最终的韧带破裂的结果。在不稳定过程中,这些扰动的波峰由薄韧带连接,这是大量小液滴的主要原因。由于液滴之间的相对速度小,二次聚结过程通过减少小液滴的量而部分地掩盖了这种效果。在这个系统中的许多参数中,我们描述了改变网格尺寸、网格刚度、冲击速度、润湿性质、通过仅关注水滴来保持液体性质相同的效果。我们进一步执行格子玻尔兹曼模型的影响过程中,再现实验数据中看到的关键功能。
2018-12-06 physics.flu-dyn
Droplet Splashing on Rough Surfaces
当液滴撞击表面足够快时,可能会发生液滴飞溅:较小的次级液滴在撞击过程中与主液滴分离。虽然液滴在光滑表面上的飞溅现在已经很好地理解,但表面粗糙度也影响液滴飞溅的冲击速度。在这项研究中,表面粗糙度对液滴飞溅的影响进行了研究。通过改变冲击表面的均方根粗糙度,我们发现,只有当液滴粗糙度大到足以破坏扩展液滴薄层,并改变液滴飞溅机制从电晕迅速飞溅时,液滴飞溅速度的影响。最后,使用Weber和Ohnesorge数标度模型,我们还表明,水和乙醇在不同粗糙度和水-乙醇混合物的表面上测量的飞溅速度崩溃到一个单一的曲线上,表明粗糙表面上的液滴飞溅速度与表面粗糙度长度尺度定义的Ohnesorge数标度。
2021-01-13 physics.flu-dyn
Cavity deformation and bubble entrapment during the impact of droplets on a liquid pool
液滴对液体池的影响在自然界中普遍存在,并且在许多工业应用中很重要。液滴撞击在液体池上可导致常规气泡的夹断或在某些撞击条件下捕获大气泡。本文采用实验测量和数值模拟相结合的方法,研究了液滴撞击液池过程中空腔的变形和气泡的截留。数值模拟得到的自由液面剖面随时间的演化与实验结果吻合较好。由液滴冲击产生的空腔影响常规气泡的夹断和大气泡的截留。气泡夹断是毛细波沿空腔界面向下传播并在空腔底部汇合的直接结果。相比之下,大的气泡截留是由于在腔的口处的液体冠的合并。重力和环境压力对液滴撞击液池后的空腔变形和气泡截留起重要作用。随着引力作用的增强,空洞的最大深度减小。随着重力的减小,气泡夹断现象逐渐消失。研究发现,随着环境压力的增加,气泡夹断现象会由规则的夹断转变为大气泡的夹持。随着环境压力的增加,液冠周围的压力差和涡量增大,大气泡的尺寸减小。最后,得到了液滴撞击后气泡的滞留状态图。
2022-11-13 physics.flu-dyn
Maximal spreading of impacting viscoelastic droplets
School of Engineering, Brown University(布朗大学工程学院);Department of Mathematics, Mechanics division, University of Oslo(奥斯陆大学数学系力学分部)
研究黏弹性对液滴冲击扩展最大直径的影响,通过实验发现当德拜数为单位量级时,黏弹性液滴的最大扩展显著减小,基于能量平衡模型解释了这一现象。
2026-05-12 physics.flu-dyn
Species Transport Driven by Droplet Impact in Wavy Thin Films
TU Darmstadt(达姆施塔特工业大学)
研究波浪薄层中液滴冲击的动力学与混合机制,发现波相位影响冲击行为,通过实验验证了局部液深变化对混合的影响,建立了无量纲不对称指数量化波幅和相位的影响。
2026-05-08 physics.flu-dyn
Leidenfrost temperature increase for impacting droplets on carbon-nanofiber surfaces
冲击在过热表面上的液滴可以表现出接触沸腾状态,在接触沸腾状态下,液滴与表面直接接触并剧烈沸腾,或者表现出膜沸腾状态,在膜沸腾状态下,液滴通过其自身的蒸汽与表面保持分离。从接触到薄膜沸腾状态的转变不仅取决于表面的温度和液滴的动能,而且还取决于在表面上制造的结构的尺寸。在这里,我们的实验表明,覆盖有碳纳米纤维的表面延迟过渡到膜沸腾到更高的温度相比,光滑的表面。我们提出的物理参数表明,由于小规模的碳纤维,它们被冷却的蒸汽流之前的液体的影响,从而允许接触沸腾到更高的温度比光滑的表面。我们还表明,只要是在膜沸腾制度的影响,影响液滴的扩展因子遵循相同的$\We^{3/10}$缩放(与$\We$的韦伯数)发现光滑的表面,这是由液滴下面的蒸汽流。
2013-09-03 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
Pre-impact dynamics of a droplet impinging on a deformable surface
空气和水滴在高速撞击表面之前的非线性相互作用是一种已经被广泛研究并发生在许多工业环境中的现象。本文考虑了液滴表面变形在空气冲击中的作用。在一个二维的框架中,假设小的密度和粘度比之间的空气和液体,减少系统的积分微分方程推导出支配液滴自由表面的形状,在薄的空气膜的压力和表面的变形,假设表面张力,压缩性和重力的影响可以忽略不计。表面的变形首先描述在一个相当一般的形式,基于以前的膜型模型。耦合系统,然后在两种情况下进行研究:一个软粘弹性的情况下,基板的刚度和(粘性)阻尼被认为是一个更一般的柔性表面,其中所有相关参数被保留。数值解,突出了一些关键的后果基板变形的预冲击阶段的液滴的影响,如减少压力积累,增加空气截留和相当大的延迟着陆。连接(包括微妙的依赖于液滴速度,减少压力峰值和液滴滑行的截留空气的大小)与最近的实验和大变形分析。
2021-07-16 physics.flu-dyn
Microdroplet impact at very high velocity
研究了水滴直径为12 ~ 100 μ m时,水滴撞击速度为100 m/s的情况。该参数范围涵盖了从毛细管限制到粘度限制的冲击液滴扩散的过渡。所有的测量都没有飞溅;液滴总是轻轻地散布在表面上。最大传播半径进行了比较,几个现有的模型。Pasandideh-Fard等人的模型与测量数据吻合良好,表明表面上方的薄边界层的重要性,其中发生了扩展液滴中的大部分粘性耗散。如通过撞击液滴下的初始空气层所解释的,180度的接触角用作模型输入。
2012-06-08 physics.flu-dyn
Direct measurements of air layer profiles under impacting droplets using high-speed color interferometry
撞击在固体表面上的液滴在液体与表面接触之前变形。我们使用高速彩色干涉法直接测量液滴下的空气层轮廓的时间演变,获得润湿过程之前和期间的空气层厚度。基于在多个时间获得的提取的配置文件的时间演化,我们测量的速度离开液体和固体之间的间隙,并占润湿机制和气泡截留。本工作提供了一个工具,以准确地测量空气层的轮廓和定量研究的冲击动力学在短时间尺度前的影响。
2011-11-16 physics.flu-dyn
Droplet impact behavior on a hydrophobic plate with a wettability-patterned orifice
本研究采用格子玻尔兹曼方法模拟液滴撞击带方形孔疏水板,发现异质孔润湿性差异与 Weber 数共同决定液滴是否分裂,润湿性图案化孔会促进粘附,其动态行为由动压、毛细压力与粘性压力损失竞争决定。
2024-04-23 physics.flu-dyn
Cassie-Wenzel transition induced by localized freezing after droplet impact on supercooled micro-patterned surfaces
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University(天津大学内燃机国家重点实验室);National Gravitation Laboratory, MOE Key Laboratory of Fundamental Physical Quantities Measurement, Huazhong University of Science and Technology(华中科技大学引力中心、教育部物理量测量重点实验室);National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University(天津大学国家储能产教融合平台)
研究通过调节液滴扩展动力学、界面热传递和固态化动力学的耦合作用,揭示了液滴撞击微图案化超冷表面后湿态转变的机制,揭示了微图案设计对防冰和防冻表面的理性设计原理。
2026-05-08 physics.flu-dyn
Analysis of the Spreading Radius in Droplet Impact: The Two-Dimensional Case
针对二维及等效圆柱几何中的液滴撞击与双液滴正碰问题,提出基于能量收支并纳入边界层耗散和水头损失的最大铺展半径关联式,并通过文献与自有模拟实验验证。
2023-07-24 physics.flu-dyn
Crown rupture during droplet impact on a dry smooth surface at increased pressure
液滴在增加的环境压力下的影响在许多工业应用中是重要的。以往的研究主要考虑在标准或降低的环境压力下的冲击过程,而高环境压力的影响尚不清楚。在这项研究中,我们实验研究的影响,乙醇液滴在干燥光滑的表面在增加的环境压力。分析了冲击过程中环境压力对冠部飞溅和破裂的影响。结果表明,高环境压力下的气体会导致液冠以“螺纹断裂”的方式飞溅,液冠边缘的二次液滴尺寸随环境压力的增大而增大。基于薄板的空气动力学分析理论,得到了冲击过程中由飞散向飞溅转变的临界值。在增加的环境压力下,冲击的阈值速度随着环境压力的增加而降低,因为薄片的楔形被阻止向前移动并且被前方的空气驱动而与衬底分离,由于较高的环境压力,前方的空气具有较高的密度。
2021-11-11 physics.flu-dyn
Bouncing to coalescence transition for droplet impact onto moving liquid pools
Brown University(布朗大学);University of Warwick(华威大学);University of Oxford(牛津大学)
研究液滴撞击运动液体池时,平移运动如何影响弹跳到合并的转变过程,并通过实验和模拟揭示其机制。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Spreading dynamics of a droplet impacting a sphere
在自然界中,高速雨滴经常撞击并传播在弯曲的表面上,例如树叶。虽然表面上的跌落冲击是工业应用的传统主题,但在自然情况下弯曲表面上的跌落冲击动力学知之甚少。在本研究中,我们研究了随时间变化的扩散动力学的一个下降到一个弯曲的疏水表面。我们还观察到,在弯曲表面上的液滴比在平坦表面上的液滴扩散得更远。为了了解扩散动力学,一个新的分析模型的基础上开发的体积守恒和时间能量平衡。该模型在液滴碰撞的早期和后期都与已有的模型相收敛。我们将新模型与各种曲面和冲击速度上的测量扩展长度进行了比较,结果吻合良好。
2022-08-30 physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulation study of a polymer droplet transport over an array of spherical nanoparticles
利用分子动力学模拟研究了部分润湿聚合物液滴在纳米结构界面上的动力学行为。我们认为珠弹簧模型表示的聚合物液体,部分润湿的粗糙表面组成的周期性阵列的球形颗粒。结果表明,在足够小的值的外力,液滴保持钉扎在颗粒的表面,而在阈值以上,其运动由交替周期的钉扎和相邻颗粒之间的快速位移。后一过程涉及由于接触线的附接和分离而引起的前进和后退接触角的大的周期性变化。最后,在增加外力时,液滴质心稳定地移位,但后退接触角的振荡幅度以及最大接触角滞后保持相对不受影响。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Droplet impact and splitting behaviour on superhydrophobic wedges
本研究通过二维/三维模拟与实验,系统研究了超疏水楔上液滴撞击分裂动力学,揭示了楔角、不对称性、We数和Bo数对铺展及子液滴分裂的影响,并进行了能量预算分析。
2024-07-18 physics.flu-dyn