Distributed chaos and turbulence in Bénard-Marangoni and Rayleigh-Bénard convection
利用实验室实验和直接数值模拟的结果，研究了Bénard-Marangoni对流和Rayleigh-Bénard对流中的时间和时空（湍流）分布混沌的有效扩散系数（粘性）和作用。它示出，对于这两种情况下，衰减部分的功率谱已拉伸指数形式-时间谱$E(f) \propto \exp-(f/f_β)^{1/2}$和空间谱$E(k) \propto \exp-(k/k_β)^{2/3}$，其中的$f_β$和$k_β$代表低频（大规模）相干振荡。
2019-03-12 physics.flu-dyn
Translation dynamics of evaporating sessile binary-mixture droplet populations
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；York University（约克大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
研究二元混合物液滴对的平移动力学，通过理论模型和实验验证，揭示了溶质马兰戈尼、毛细效应和热马兰戈尼共同决定液滴的吸引、排斥和追逐行为。
2026-10-20 physics.flu-dyn
Transient Rayleigh-Benard-Marangoni Convection due to Evaporation : a Linear Non-normal Stability Analysis
本文用一种适用于非定常基流线性稳定性分析的一般方法研究了温度随时间变化的平面液层中的对流不稳定性。该方法是基于一个非正常的方法，并预测不稳定的发病，临界波数和时间。该方法适用于瞬态Rayleigh-Benard-Marangoni对流由于蒸发冷却。数值计算结果以及理论缩放的临界参数作为函数的Biot数的极限情况下，纯粹的浮力驱动和纯粹的表面张力驱动的对流。从计算的临界参数是在良好的一致性与那些从实验上干燥聚合物溶液，其中表面冷却是由溶剂蒸发引起的。
2009-11-11 physics.flu-dyn
Thermal Rayleigh-Marangoni convection in a three-layer liquid-metal-battery model
研究了浮力驱动的Rayleigh-Bénard对流（RC）和表面张力驱动的Marangoni对流（MC）在液态金属电池（LMB）简化模型中的联合作用.三层模型由液态金属合金阴极、熔盐分离层和顶部的液态金属阳极组成。对流由热电解质和较冷电极之间的温度梯度触发，这是操作期间电阻热释放的结果。我们提出了一个纯热传导状态的线性稳定性分析，结合三维直接数值模拟的非线性湍流演化的基础上的伪谱方法。在该结构中确定了五种不同的对流模式，它们部分相互耦合：上电极中的RC，熔盐层中的内部加热RC，熔盐和电极之间的界面处的MC以及中间层和下电极中的反对流。线性稳定性分析证实，在本装置中的附加Marangoni效应增加了线性不稳定模式的增长率，即Marangoni和Rayleigh-Bénard不稳定性一起作用在熔盐层中。临界Grashof数和Marangoni数随中间层厚度的增加而减小。对流的发病计算阈值被发现为现实的电流密度的实验室大小的LMB。全球湍流传热遵循缩放预测内部加热RC。在经典Rayleigh-Bénard情况下，全球湍流动量传递与湍流对流相当。
2017-05-28 physics.flu-dyn
Physiochemical hydrodynamics of the phase segregation in an evaporating binary microdroplet
由选择性蒸发引发的相分离可以出现在多组分体系中，导致复杂的物理化学流体动力学。最近，Li等人（Phys. Rev. Lett.，第120卷，2018，224501）和Kim & Stone（J. Fluid Mech.，第850卷，2018年，pp. 769-783）报道了分离行为（即，分层）。在这项工作中，我们通过实验和理论分析，相分离发生后的流动动力学进行了研究。以1，2-己二醇-水二元液滴体系为例。首先，我们通过实验揭示了蒸发过程的整体物理化学流体动力学，包括分离行为和由此产生的靠近基板的流动结构。通过量化的径向流的演变，我们确定了三个连续的生命阶段的蒸发过程。在阶段I，观察到径向向外的流动。它是由马兰戈尼效应驱动的。在过渡到阶段II时，径向流从接触线开始部分逆转。这种流动打破了轴对称性，并且明显地由偏析本身驱动。最后，在第三阶段，随着蒸发逐渐停止，流动衰减。在这个阶段，偏析已经发展到整个液滴，并且流动再次由马兰戈尼效应控制。由此产生的马兰戈尼流使整个液滴上截留的挥发性水的分布均匀化。
2022-08-16 physics.flu-dyn
Self-sorting of bidisperse particles in evaporating sessile droplets
本研究通过两阶段数值模拟，发现乙醇液滴蒸发时，无Marangoni应力下接触线后退流抑制双分散颗粒自分类，而存在Marangoni应力时，界面流动促使小颗粒集中于顶端、大颗粒形成外壳。
2025-04-23 physics.flu-dyn
Rayleigh-Bénard-Marangoni convection in binary fluids - Effect of miscibility on oscillatory mode
本研究以具温度敏感混溶间隙的FC72-1cSt硅油流体对为对象，用改进相场模型结合谱配置法，探究混溶度对瑞利-贝纳德-马兰戈尼对流振荡模式的影响，揭示混溶度与对流起始特征的关联。
2025-04-14 physics.flu-dyn
Marangoni modulation of coupled Rayleigh-Taylor and Faraday instabilities in vertically oscillated liquid films
Beihang University（北京航空航天大学）；Ningbo Institute of Technology, Beihang University（北京航空航天大学宁波创新研究院）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Peking University（北京大学）
研究马兰戈尼效应调节垂直振荡液膜中耦合的雷利-泰勒和法尔aday不稳定性，通过线性稳定性分析揭示马兰戈尼数对子谐波模式的抑制作用及谐波主导机制，揭示表面响应的频率依赖性及表面活性剂对稳定性的影响。
2026-04-21 physics.flu-dyn
Internal flow and concentration in neighbouring evaporating binary droplets and rivulets
University of Twente（特温特大学）；Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究邻近多组分液滴或流体的蒸发过程，探讨接触角、液滴间距离及表面张力梯度力对流场与浓度场对称性的影响，发现接触角和距离增加时，滞止点向中心迁移，但表面张力梯度力不影响对称性。
2025-08-12 physics.flu-dyn
Modeling unsteady Bénard-Marangoni instabilities in drying volatile droplets on a heated substrate
本文研究了毛细尺寸的液滴在加热基底上以恒定接触线方式蒸发时的非定常内流。对乙醇和硅油蒸发液滴内部流动进行了三维数值模拟。为了描述Marangoni流动，我们发现有必要考虑空气中蒸汽的扩散，所有三相的热传导和热辐射。采用ANSYS Fluent有限元法对方程进行了数值求解。作为模拟的结果，Bénard-Marangoni（BM）不稳定性的非平稳行为得到。在第一阶段，在三线附近出现BM细胞的花状结构。对于较小的接触角，细胞的尺寸增大并占据液滴表面的中心区域。这些结果与最近的实验和理论研究密切相关，有助于分析和解决相关问题。
2021-02-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamics of evaporating sessile drops
得到了蒸发液滴的Marangoni对流的几个动力学阶段。我们共同考虑到水动力学的蒸发固着滴，在下降和蒸汽在空气中的扩散的热传导的影响。这些阶段的特征在于液滴中不同数量的涡流和涡流的空间位置。在早期阶段的涡流阵列附近的滴的表面和诱导的非单调的空间分布的温度在滴表面。在下降的近表面涡的数量是由Marangoni细胞的大小，这是计算类似于由皮尔森平坦的流体层。涡的数量随时间迅速减少，在中间阶段产生三个大涡。涡结构最终演变成液滴中的单一对流涡，存在于约1/2的蒸发时间内。
2010-08-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dependence of fluid flows in an evaporating sessile droplet on the characteristics of the substrate
通过详细的数值计算，得到了静止液滴蒸发过程中的温度分布和相应的涡结构。一个Marangoni对流引起的热传导过程中的下降和基板被证明是能够导致不仅在一个单一的漩涡，但也在两个或三个漩涡，这取决于基板的比例，流体的热导率，基板的厚度和接触角。“相图”包含的信息的数量，方向和空间位置的旋涡准定常流体流动的介绍和分析。所获得的结果表明，在蒸发液滴的流体流动结构可以在一个控制的方式通过选择具有适当的属性的基板的影响。
2015-01-22 physics.flu-dyn
Evaporation of a sessile colloidal water-glycerol droplet: Marangoni ring formation
颗粒在悬浮液中的传输和聚集是许多物理化学和工业过程中的一个重要过程。在这项工作中，我们研究了蒸发的二元液滴中的粒子输运。令人惊讶的是，颗粒的积聚不仅发生在接触线（由于咖啡污渍效应）或固体基质（由于沉降）处，而且还发生在液体-空气界面附近的特定径向位置处，形成“环”，我们称之为马兰戈尼环。该环的形成主要归因于由水-甘油液滴的蒸发动力学触发的溶质Marangoni流。实验和模拟显示公平协议的体积演变和一般结构的溶质Marangoni流，即，Marangoni涡。实验表明，Marangoni环的位置与Marangoni涡有很强的相关性。然而，有限元数值模拟未能描述在实验中看到的颗粒分布。有趣的是，这些粒子不仅聚集形成马兰戈尼环，而且还聚集成靠近液-气界面的胶体晶体，产生彩虹色。在实验中形成的胶体晶体是强有力的证据，非流体动力学的相互作用，这是不代表在模拟中，也发挥了重要作用，在我们的系统。
2022-09-20 physics.flu-dyn
Evaporating Rayleigh-Bénard convection: prediction of interface temperature and global heat transfer modulation
本文提出了一个解析模型来估计统计定常条件下两层Rayleigh-Bénard构型的界面温度$Θ_Γ$和Nusselt数$Nu$。该模型基于三个假设：（i）Oberbeck-Boussinesq近似可以应用于液相，而气体热物理性质是热力学压力、局部温度和蒸气组成的通用函数，（ii）热对流的Grossmann-Lohse理论可以分别应用于液体和气体层，（iii）气体中的蒸气含量可以取为气液界面处的平均值。我们验证此设置使用直接数值模拟（DNS）在参数空间组成的瑞利数（$10^6\leq Ra\leq 10^8$）和温度差（$0.05\leq\varepsilon\leq 0.20$），它调制的气体层中的状态变量的变化。为了更好地解开变量属性对$Θ_Γ$和$Nu$的影响，在两种条件下进行仿真。首先，我们考虑的情况下，均匀的气体性质，除了气体密度和气液扩散系数。其次，我们包括比热容的变化，动态粘度和导热系数使用现实的状态方程。无论所采用的设置，所提出的模型同意非常好的数值模拟在整个范围内的$Ra-\varepsilon$调查。
2022-11-28 physics.flu-dyn
Hydrodynamics and evaporation of a sessile drop of capillary size
介绍了毛细尺寸的无座蒸发液滴的流体动力学视频。相应的模拟表示的描述，同时考虑到时间相关的流体力学，蒸汽扩散和热传导在蒸发固着液滴。液滴中的流体对流由与表面张力的温度依赖性相关联的Marangoni力驱动。首次获得了蒸发过程中液滴内涡结构的演化规律。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Evaporating pure, binary and ternary droplets: thermal effects and axial symmetry breaking
希腊开胃酒Ouzo不仅以其独特的茴香风味而闻名，而且当加入水时，它能够从透明的可混溶液体变成乳白色的乳液。最近，已经表明，这种所谓的乌佐效应，即油微滴的自发乳化，也可以通过蒸发的固着乌佐液滴中的乙醇的优先蒸发来触发，导致具有多个相变的令人惊讶的丰富干燥过程[H. Tan等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113（31）（2016）8642]。由于接触线附近的蒸发增强，油滴的成核在边缘处开始，这导致油环环绕液滴。此外，油滴通过快速溶质Marangoni流平流通过Ouzo滴。在这篇文章中，我们调查蒸发的混合物液滴更详细，通过连续增加混合物的复杂性，从纯水超过二元水-乙醇混合物的三元乌佐混合物（水，乙醇和茴香油）。特别是，轴对称和全三维有限元方法模拟已经进行了这些液滴讨论的热效应和复杂的流动液滴驱动的相互作用的优先蒸发，蒸发冷却和溶质和热Marangoni流。通过使用图像分析技术和微型PIV测量，我们能够比较数值预测的体积演变和速度场与实验数据。通过共聚焦显微镜进一步研究了Ouzo液滴。结果表明，油环的出现主要是由于聚结。
2017-06-21 physics.flu-dyn
Three-dimensional internal flow evolution of an evaporating droplet and its role in particle deposition pattern
本文利用数字在线全息术三维成像研究蒸发液滴内部流动与颗粒沉积的关系，揭示三阶段流动演化及五类颗粒迁移模式，并建立可预测沉积图案的解析模型。
2023-11-28 physics.flu-dyn
Flow Structure near Three Phase Contact Line of Low-Contact-Angle Evaporating Droplets
本文结合数学建模、microPIV和红外热成像，揭示了蒸发液滴三相接触线附近毛细流动与Marangoni流动的竞争机制，量化了两者的时空变化，为解释沉积图案和复杂液体系统分析提供理论基准。
2024-01-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stokes flows in a sessile hemispherical drop due to evaporation and surface tension gradient
Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC‘Kurchatov Institute’（舒布尼科夫晶体学研究所，俄罗斯国家研究中心库尔恰托夫研究所晶体学与光子学库尔恰托夫综合体）
研究蒸发和表面张力梯度作用下 sessile 半球形滴中粘性流体的流动，揭示了无滑动条件与蒸发速率的刚性关系，提出临界 Marangoni 数的新的理解。
2026-02-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of the interaction of multiple evaporating droplets on compliant substrates
本文通过润滑理论和有限元模拟，研究了软粘弹性基底上两个挥发性液滴的蒸发相互作用，发现基底和气相耦合决定吸引或排斥，马兰戈尼应力抑制吸引并延长寿命，中等刚度基底出现对称性破缺。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Non-monotonic surface tension leads to spontaneous symmetry breaking in a binary evaporating drop
本研究通过三维模拟和稳定性分析，揭示了非单调表面张力导致水/1,2-己二醇二元蒸发液滴边缘形成反向旋转Marangoni涡旋，引发方位角不稳定并产生富集己二醇斑点，从而解释了自发对称性破缺现象。
2025-08-10 physics.flu-dyn
Dynamic Control of Particle Deposition in Evaporating Droplets by an External Point Source of Vapor
通过蒸发固着液滴将颗粒沉积在表面上对于诸如印刷、薄膜沉积和自组装等多种现象都是重要的。最终沉积物的形状取决于蒸发过程中液滴内的流动。这些流量通常在过程开始时由液滴及其环境的固有物理、化学和几何性质确定。在这里，我们证明了确定性的出现和实时控制的Marangoni流动的蒸发液滴内的外部点源的蒸汽。通过改变源位置，我们可以在空间和时间上调节这些流动，以可控的方式在表面上形成胶体。
2018-01-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Exact energy stability of Bénard-Marangoni convection at infinite Prandtl number
本文用能量方法研究了无限普朗特数下流体层中Bénard-Marangoni对流的Pearson模型中纯传导的稳定性。在扩展空间的容许扰动的导电状态，我们找到了一个精确的解决方案的能量稳定性变分问题的一系列热边界条件描述完美的传导，不完美的传导，绝缘边界。我们的分析扩展和改进了以前的结果，并表明，与能量方法的全局稳定性可以证明线性不稳定阈值时，流体层的顶部和底部边界是绝缘的。因此，与著名的瑞利-贝纳德对流设置相反，能量稳定性理论并不排除有限振幅扰动下亚临界不稳定性的可能性。
2017-04-05 physics.flu-dyn
Thermocapillary flow transition in an evaporating liquid layer in a heated cylindrical cell
最近的地面和微重力实验调查的挥发性液体（FC-72，$Pr=12.34$）包含在一个加热的圆柱形细胞的界面动力学的动机，我们数值研究在这样的蒸发液层中的热毛细驱动流。特别注意的是，当所施加的温度增加时，轴对称流的过渡到完全三维图案的预测。数值模拟依赖于改进的单侧蒸发模型，包括通过气相通过传热毕奥数和蒸发毕奥数的传热和传质。我们提出的轴对称流动特性，显示这些毕奥数的变化的转变点，更重要的是阐明的双重作用的蒸发的潜热的稳定性;蒸发不仅不稳定的流动，但也稳定它，这取决于蒸发引起的热梯度开始发挥作用的地方。我们还表明，在液体层中的浮力有稳定的效果，虽然它的效果是微不足道的。在高Marangoni数，数值模拟揭示了较小规模的热模式形成在一个较薄的蒸发层的表面上，定性与实验观察。目前的工作有助于获得一个更好的理解的作用，相变的热毛细不稳定性的蒸发液层。
2020-02-21 physics.flu-dyn
The stability of slowly evaporating thin liquid films of binary mixtures
我们考虑由挥发性液体的二元混合物组成的薄液层的蒸发。混合物在加热的基底的顶部上并且与由与二元混合物相同的蒸气组成的气相接触。考虑了热毛细作用、溶液毛细作用和范德华相互作用的影响。我们推导出长波演化方程的自由界面和体积分数的二维稳定性的层受到上述耦合机制，并进行线性稳定性分析。我们的结果表明了两种不稳定模式，单调不稳定模式和振荡不稳定模式。我们补充我们的结果，从稳定性分析与瞬态模拟研究动态的非线性政权，并分析这些不稳定性如何随时间演变。更确切地说，我们讨论的相对挥发度的影响，以及热和溶质Marangoni效应之间的竞争定义的模式的不稳定性，由于优先蒸发的一个组件的液体层的蒸发过程中发展。
2020-08-24 physics.flu-dyn
Stokes flow in a drop evaporating from a liquid subphase
本文研究了液滴从液相中蒸发的过程。这两种液体是不混溶的，它们之间的接触角由Neumann结构给出。液滴的蒸发引起两种液体中的流动，其通过速度的连续性和剪切应力条件耦合。我们推导出自相似的解决方案，在这两种液体的速度场接近三相接触线，其中滴的几何形状可以近似为一个楔形。我们专注于马兰戈尼应力是可以忽略不计的情况下，流场由三个贡献：从滴面的蒸发通量驱动的流，由接触线的后退运动引起的流，和满足均匀边界条件的本征模流。本征模流是渐近次主导的所有接触角。当液滴与液下相的水平表面之间的角度小于$90^\circ$时，移动接触线流动占主导地位，而蒸发通量驱动的流动占主导地位。参数研究表明，在两种液体中的速度场如何依赖于液体之间的接触角和它们的粘度比。
2012-12-17 physics.flu-dyn
Rayleigh-Taylor instability by segregation in an evaporating multi-component microdroplet
多组分液滴的蒸发与各种应用相关，但由于复杂的物理化学动力学而具有挑战性。最近，Li（2018）报告了1，2-己二醇-水二元液滴中的蒸发触发分离。在本工作中，我们向1，2-己二醇-水二元溶液中加入0.5wt%的硅油。这一微小的硅油浓度极大地改变了蒸发过程，因为它触发了从混合物中提前提取1，2-己二醇。令人惊讶的是，我们观察到1，2-己二醇的分离形成羽流，在液滴蒸发期间从固着液滴的边缘向顶点上升。通过将液滴倒置，即，通过研究悬垂液滴，没有羽流表明流动结构是由浮力引起的，浮力驱动瑞利-泰勒不稳定性（即，由密度差和重力加速度驱动）。从micro-PIV测量，我们进一步证明，隔离的非挥发性组分（1，2-己二醇）阻碍了蒸发附近的接触线，从而导致抑制在该区域的Marangoni流。因此，在长时间尺度上，重力效应在流动结构中起主导作用，而不是马兰戈尼流动。我们将蒸发速率的测量与Popov（2005）的扩散模型，结合拉乌尔定律和活度系数进行了比较。该比较确实证实了硅油引发的非挥发性1，2-己二醇的分离显著延迟了蒸发。采用扩展的扩散模型，考虑了偏析的影响，可以很好地描述蒸发过程。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Oscillatory droplet dissolution from competing Marangoni and gravitational flows
University of Twente（特温特大学）；Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta（阿尔伯塔大学化学与材料工程系）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
本研究针对垂直排列的双液滴在水中的溶解过程，通过实验与模拟发现两液滴液体不同时会因溶质马兰戈尼流与密度驱动对流的竞争产生振荡溶解现象，并揭示了其机制与标度规律。
2022-01-22 physics.flu-dyn
A numerical study of the longitudinal thermoconvective rolls in a mixed convection flow in a horizontal channel with a free surface
本文用数值方法研究了液体在水平通道上流动时，在底部均匀加热下的三维层流混合对流。上表面是自由的，并假设是平坦的。耦合的Navier-Stokes方程和能量方程的数值求解有限体积法考虑热毛细效应（Marangoni效应）。当浮力、热毛细效应和强迫对流的强度与$(Ri\backsimeq O(1)$和$Bd=Ra/Ma \backsimeq O(1))$相当时，结果表明，以定常纵向对流卷形式出现的不稳定性的发展与Poiquille-Rayleigh-Bénard流中遇到的不稳定性的发展相似。这些辊的数量和沿通道的空间分布取决于流动条件。本文研究了雷诺数、瑞利数和毕奥数等参数对管内流动和传热特性的影响。还考虑了表面张力随温度梯度变化的影响（马兰戈尼效应）。
2012-06-07 physics.flu-dyn
Evaporative cooling and deposition patterns of evaporating $Al_2O_3$ nanofluid droplets
研究氧化铝纳米流体液滴在不同温度下的蒸发冷却及沉积模式，提出描述液滴几何和体积演化的尺度关系，并引入非维参数Π_rel表征沉积模式转变，揭示蒸发冷却对内部流动和纳米颗粒沉积形态的影响。
2026-03-25 physics.flu-dyn
Complex bifurcations in Bénard-Marangoni convection
我们研究了二维情况下由不可压缩流体的纳维-斯托克斯方程定义的具有马兰戈尼边界条件的系统的动力学。我们表明，更复杂的分叉可以出现在这个系统中的某一非线性温度分布相比，在经典的Rayleigh-Bénard和Bénard-Marangoni系统的简单的线性垂直温度分布的分叉。在Bénard-Marangoni对流方面，所获得的数学结果使我们理解了自由液体表面的复杂空间模式，这可以由该表面的复杂温度分布或化学浓度引起。此外，我们讨论了一些可能的应用结果的湍流理论和气候科学。
2016-08-17 math-ph math.MP nlin.CD
Self-assembly of colloidal particles from evaporating droplets: role of DLVO interactions and proposition of a phase diagram
从含有胶体颗粒的干燥液滴中获得的沉积物的形状对于喷墨打印、微电子和生物测定制造等技术至关重要。在这项工作中，沉积物的形成过程中干燥的纳升液滴含有胶体颗粒的实验研究与显微镜和轮廓术，理论上与内部有限元代码。所研究的系统涉及含有二氧化钛纳米粒子的水滴在玻璃基板上蒸发。使用激光轮廓仪测量不同pH值下斑点状液滴的沉积物形状。我们的研究结果表明，溶液的pH值影响干燥的沉积图案，这可以是环状或更均匀。这些模式之间的过渡解释考虑如何DLVO相互作用，如静电和范德华力修改粒子沉积过程。还提出了一个相图来描述如何从三种流动模式之间的竞争结果的胶体沉积物的形状：径向流驱动的蒸发在润湿线，Marangoni循环流驱动的表面张力梯度，和运输的颗粒向基板驱动的DLVO相互作用。该相图解释了实验中通常观察到的三种类型的沉积物，例如外围环，小的中心凸起或均匀层。模拟和实验结果非常吻合。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Evaporation and fluid dynamics of a sessile drop of capillary size
对静止液滴蒸发过程进行了理论描述和数值模拟。我们共同考虑到水动力学的蒸发固着滴，在下降和蒸汽在空气中的扩散的热传导的影响。在准稳态近似下确定了旋转对称液滴的形状。还考虑了蒸汽扩散中的非平稳效应。模拟结果与甲苯液滴蒸发速率的测量数据吻合较好。与表面张力的温度依赖性相关的马兰戈尼力在固着液滴中产生流体对流。我们的研究结果表明，几个动力学阶段的对流，其特征在于不同数量的漩涡在下降。在早期阶段的街道的漩涡出现在附近的表面的下降，并诱导一个非单调的空间分布的温度超过滴表面。在下降的近表面涡的初始数量是由Marangoni细胞的大小，这是类似于由皮尔逊平坦的流体层。这个数字随着时间的推移迅速减少，导致在中间阶段的三个大涡。在蒸发过程中，涡旋最终转变为单个对流涡旋，并持续约1/2的蒸发时间。
2008-12-30 cond-mat.other physics.comp-ph physics.flu-dyn
Particle monolayer assembly in evaporating salty colloidal droplets
在液滴蒸发到衬底上之后，经常可以发现环形沉积物。如果液滴中的流体是纯液体，并且其接触线在该过程中保持固定，则这种环形沉积背后的机制是众所周知的咖啡污渍效应。然而，向这样的液滴中添加少量的盐可以显著改变内部流动，从而改变沉积机制。由于接触线区域中的表面张力的增加，产生从液滴的顶点朝向接触线引导的马兰戈尼流。结果，颗粒到达液滴的液-气界面之后的接触线。有趣的是，沉积物也是环形的，就像经典的咖啡污渍效应一样，但具有完全不同的形态：颗粒沿着液滴的液体-空气界面形成单层，而不是紧凑的三维沉积物。使用共聚焦显微镜，我们研究了粒子每粒子的组装过程中发生的胶体单层的液滴蒸发不同的初始浓度的氯化钠和初始颗粒稀释。我们的研究结果与经典的扩散限制沉积模型进行了比较，并开辟了一个有趣的场景，通过界面颗粒组装，它可以很容易地产生均匀的沉积物通过操纵液滴中的初始盐和颗粒浓度的存款。
2020-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-sorting of Bi-dispersed Colloidal Particles near Contact Line of an Evaporating Sessile Droplet
我们调查沉积模式和相关的形态蒸发后形成的水液滴含有单分散和双分散的胶体颗粒。特别是，基板加热和颗粒直径的综合效果进行了研究。我们采用高速可视化，光学显微镜和扫描电子显微镜来表征蒸发液滴，颗粒运动，和沉积物的形态，分别。在单分散胶体颗粒的情况下，较小和较大的颗粒分别在非加热表面上形成内部沉积物和典型的环。在较大的衬底温度下，形成具有内部沉积物的薄环，这可以通过接触线的自钉扎和颗粒从接触线到液滴中心的平流来解释。在双分散的胶体颗粒的情况下，环内的胶体颗粒的自分选在较大的基板温度下发生。与较大直径的颗粒相比，较小的颗粒沉积在最外边缘处，并且在接触线附近的停滞区域中的这种优先沉积是由于基板上方的液体-气体界面的空间变化的高度。分选发生在较小和较大颗粒的直径的较小比率下。在较大的衬底温度和较大的比率下，颗粒不会被分选并且彼此混合。我们的测量结果表明，存在一个临界衬底温度以及直径比，以实现分选。我们提出了制度地图基板温度颗粒直径和基板温度直径比平面单分散和双分散的解决方案，分别。
2018-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Buoyancy-driven attraction of active droplets
液体中的活性油滴被认为是由于马兰戈尼效应而排斥的，而由液滴、扩散产物和环境流体之间的密度差引起的浮力效应通常被忽略。最近的实验已经观察到由于浮力驱动的对流而导致的活跃液滴聚集现象（Kruger等人，Eur. J. E，第39卷，2016，第1 -9页）。在这项研究中，我们数值分析的浮力效果，除了马兰戈尼流，其特征在于Peclet数$Pe$。浮力效应源于（i）液滴和周围液体之间的密度差，其特征在于伽利略数$Ga$，和（ii）扩散产物（即填充胶束）和周围液体之间的密度差，其特征在于溶质瑞利数$Ra$。我们分析了吸引和排斥行为如何依赖于控制参数$Pe$、$Ga$和$Ra$。我们发现，虽然马兰戈尼流导致排斥，浮力效应导致吸引力，甚至碰撞可以发生在高Ra。随着$Ga$的增加，我们还观察到延迟碰撞。此外，我们推导出吸引速度，其特征在于由雷诺数$Re_d$，是成比例的$Ra^{1/4}/(l/R)$，其中$l/R$是相邻液滴之间的半径归一化的距离。最后，我们得到了排斥速度，其特征在于$Re_{rep}$，作为正比于$PeRa^{-0.38}$。吸引和排斥效应的平衡导致$Pe \sim Ra^{0.63}$，这与有碰撞和无碰撞的状态之间的过渡曲线一致。
2023-02-27 physics.flu-dyn
Evaporation-triggered segregation of sessile binary droplets
多组分液滴的液滴蒸发对于各种物理化学应用是必不可少的，例如在喷墨打印、喷雾冷却和微制造中。在这项工作中，我们观察和研究的蒸发固着二元液滴，由水和表面活性剂样液体（1，2-己二醇）的混合物的相分离。相分离（即，分层）导致液滴的水蒸发速率降低，并且由于水被非挥发性1，2-己二醇屏蔽，最终蒸发过程停止。粒子图像测速和数值模拟的流场的可视化显示，在液滴边缘的水蒸发的时间尺度是快于马兰戈尼流，这源于水和1，2-己二醇之间的表面张力的差异，最终导致隔离。
2018-01-30 physics.flu-dyn
Interfacial flows in sessile evaporating droplets of mineral water
本研究通过对比超纯水与不同矿化度矿泉水蒸发液滴，发现少量离子污染会显著改变液滴内流动模式，揭示了界面流机制的复杂性。
2025-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Recent Developments on Colloidal Deposits Obtained by Evaporation of Sessile Droplets on a Solid Surface
了解载有胶体颗粒的液滴蒸发过程中的流动模式和耦合传输现象对于设计技术应用（如在固体表面上组织蛋白质/DNA）至关重要。我们回顾了最近的报告，蒸发固着液滴的胶体悬浮液在固体表面。本文从环状沉积物形成的经典机理出发，讨论了几个参数的影响。值得注意的是，已经发现热或溶质Marangoni效应、颗粒尺寸、颗粒浓度、颗粒形状、基底润湿性、悬浮液的pH等在控制沉积图案中是重要的。沉积图案的复杂性和形状已被归因于蒸发过程中的耦合传输现象。我们讨论了重要的制度地图报告不同类型的存款，这使我们能够分类的存款和耦合物理。我们还提出了研究，已经证明了在蒸发的固体表面上的双分散胶体悬浮液中的颗粒分选。最后，对该领域未来的研究机会提出了一些意见。
2019-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A theoretical framework for comprehensive modeling of steadily fed evaporating droplets and the validity of common assumptions
建立了一个理论框架来模拟连续供给液滴的蒸发，这是高热流电子器件热管理中有前途的工具。使用的框架，一个全面的模型是开发一个半球形的水滴放在一个加热的平面基板上，将所有相关的运输机制：浮力和热毛细对流内的液滴和扩散和对流运输的蒸汽在气体域。在界面处，质量，动量和热耦合的阶段也占所有相关的物理方面，包括几个很少考虑的界面现象，如气体的Stefan流和从界面到周围环境的辐射热传递。开发的模型利用了两个阶段的温度依赖性，包括密度，并考虑了所有相关的物理，包括马兰戈尼流，这使得该模型前所未有的。此外，利用这个全面的模型，一个非单调的界面温度分布与双温降被发现的半球形液滴由于浮力在高衬底温度的情况下，由于内部对流。提出的框架也被用来构建几个简化模型，采用常见的假设液滴蒸发和这些模型的计算性能，从而常用的简化假设的有效性，进行评估。基准模拟表明，忽略气流，即忽略气相中的对流传输，导致蒸发速率被低估23- 54%。当考虑气体流动，但浮力的影响是使用Boussinesq近似建模，而不是分配整个气体域的温度依赖密度，蒸发率可以被低估高达16%。
2020-04-07 physics.app-ph physics.flu-dyn
Spreading and retraction dynamics of sessileevaporating droplets comprising volatile binary mixtures
研究了由二元混合物组成的挥发性液滴在加热衬底上的沉积动力学。利用润滑理论，我们开发了一种新的单侧模型来预测的挥发性二元混合物在具有高润湿性的基板上形成的蒸发固着轴对称液滴的扩展和收缩。考虑了液滴性质随浓度的变化以及惯性的影响，研究了具有运动接触线的细液滴。参数空间进行了探索和由此产生的润湿和蒸发的影响进行了评估。在所有情况下，增加溶质Marangoni应力增强铺展速率，接近超铺展液体的铺展速率。为了验证我们的模型，进行实验与二元乙醇-水滴从下面加热的亲水性载玻片上传播。量化的铺展速率，揭示了在接触线处更易挥发的组分（乙醇）的优先蒸发驱动超铺展，在某些情况下导致接触线不稳定。我们的模型和实验之间的定性协议，与定量协议正在实现的扩散率。
2020-09-22 physics.flu-dyn
Interplay of transport mechanisms during the evaporation of a pinned sessile water droplet
由于液滴蒸发在科学技术的各个领域都有着广泛的应用，因此在过去的几十年里，液滴蒸发一直是人们研究的热点。然而，运输机制的作用一直是一个激烈的辩论的主题，特别是在水滴中的马兰戈尼流的存在。这项工作的目的是绘制一个清晰的图片内的干燥固定固着水滴在存在和不存在的热毛细作用的切换传输机制，通过开发一个全面的模型，占所有相关的物理在两个阶段，以及在界面处的界面现象。该模型揭示了一个迄今未开发的混合径向和浮力流脱落光从浮力诱导瑞利流的径向流引起咖啡环效应的过渡。该模型的预测很好地匹配以前的实验结果在不同的基板温度只有在没有马兰戈尼流。当热毛细作用占，强大的表面流形状的液体速度场在大部分的液滴寿命和模型开始高估蒸发率与基板温度的增加。
2021-02-27 physics.app-ph physics.flu-dyn
Advection kinetics induced self assembly of colloidal nanoflakes into microscale floral structures
本文探讨了无柄胶体液滴内的内部流体动力学和平流运输对纳米结构自组装形成花图案的控制作用。对水-丙酮二元流体和Bi 2 O3纳米片基复合流体进行了实验研究。使微升固着液滴蒸发，并使用扫描电子显微镜检查干燥图案。观察到了分布的自组装玫瑰状结构的存在。的人口密度，结构和形状的花卉结构被指出是依赖于二元流体的组成和纳米材料的浓度。详细的微观粒子图像测速分析进行定性和定量描述的溶质Marangoni平流内蒸发液滴。它已被证明，动力学，政权和内部平流的位置是负责的因素对流体力学影响的聚集，聚集和自组装的纳米片。此外，纳米结构和复杂流体的尺寸。
2020-06-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle deposit patterns from evaporation of a sessile colloidal droplet
本文通过数值模拟研究蒸发固着液滴中胶体颗粒的输运与沉积，揭示颗粒-基底DLVO相互作用和热Marangoni流对咖啡环效应及沉积图案的影响机制。
2025-07-18 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Effects of Substrate Heating and Wettability on Evaporation Dynamics and Deposition Patterns for a Sessile Water Droplet Containing Colloidal Particles
实验研究了基片温度、基片润湿性和颗粒浓度对含胶体颗粒的固着水滴蒸发的影响。时变液滴形状和温度的液-气界面的测量分别使用高速可视化和红外热成像。通过光学显微镜定性地观察蒸发液滴内颗粒的运动，并通过光学轮廓仪测量最终颗粒沉积物的轮廓。在非加热的亲水性基材上，蒸发后形成环状沉积物，如文献中广泛报道的;而在加热的亲水性基材上，在本工作中报道了具有内部沉积物的较薄的环。后者归因于Marangoni对流和记录的粒子运动以及测量的跨液-气界面的温度梯度证实了这一假设。环的变薄与衬底温度成比例，并被认为是在较大的衬底温度下更强的Marangoni对流。在未加热的疏水性基材的情况下，由于接触线的非常早的脱钉而形成内部沉积物。另一方面，在加热的疏水基底的情况下，基底加热以及较大的颗粒浓度有助于接触线的钉扎，这导致具有内部沉积物的薄环。我们提出了一个政权图预测三种类型的存款，即环，薄环与内部存款和内部存款-为不同的衬底温度，衬底润湿性和颗粒浓度。一阶模型证实了液体-气体界面温度测量和测量的环轮廓随衬底温度的变化。
2016-10-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Impact of internal flow and particle-substrate interaction on deposit patterns during evaporation of a colloidal sessile droplet
本文通过有限体积数值模拟研究胶体液滴蒸发中的颗粒沉积，比较三种物理模型，揭示径向流主导咖啡环效应而马兰戈尼流使其均匀化，并阐明基底-颗粒相互作用及热浮力的影响。
2025-07-18 physics.flu-dyn
Condensation induced internal convection of two neighboring droplets
本文研究了两个水溶液冷凝液滴在相互作用过程中的内部流动结构。利用共焦显微PIV技术对液滴内部的流体速度进行了研究。在室温下，通过在液滴界面和液滴周围的储存器流体之间产生蒸汽压差而在封闭室内进行液滴上的冷凝，而不进行任何冷却。液滴上的冷凝导致液滴内溶质浓度的空间变化，从而引起浮力驱动的瑞利对流。单个冷凝液滴内部的流体流动模式本质上是对称的，而两个相互作用的液滴的流体流动模式本质上是不对称的。相邻液滴通过两个冷凝液滴之间的蒸汽介导的相互作用影响内部对流。这里，冷凝液滴从一定距离感测相邻液滴而没有任何物理接触。流型的不对称性归因于相邻液滴存在时液滴冷凝通量分布的改变。在冷凝过程中观察到的相互作用的液滴的流动模式是相反的蒸发液滴。相邻液滴对冷凝液滴内对流的影响随液滴间距的增大而减小。
2020-07-24 physics.flu-dyn
Evaporation of sessile ethanol-water droplets on a highly inclined heated surface
实验研究了乙醇-水二元液滴在倾斜衬底上的蒸发过程，在临界滑动角以下，不同衬底温度下的蒸发过程。使用配备有CMOS相机和红外（IR）相机的定制测角仪。在蒸发过程中，液滴被观察到保持钉扎在前进侧，而后退侧收缩。倾斜基板上的液滴的前进和后退接触角的不对称性导致通过IR图像捕获的复杂的热溶质Marangoni对流。液滴在蒸发的早期阶段在前进的接触线周围表现出两个不同的振荡的富水冷区，而更易挥发和更轻的乙醇在后退侧附近产生更热和快速蒸发的单元。当乙醇蒸发掉时，富含乙醇的细胞崩溃，沿着斜面产生热脉动。随后，热模式变得类似于纯水滴的热模式。研究还发现，热溶质驱动的振荡对流随衬底温度的升高而增加。尽管在对流动力学的复杂性，蒸发速率表现出在归一化时间在不同的基板温度，可以表示为分段线性拟合在蒸发的早期和后期阶段的普遍行为。
2020-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Soluto-thermo-hydrodynamics influenced evaporation of sessile droplets
本文从实验和理论两方面探讨了固着盐水液滴的蒸发动力学。观察结果表明，溶剂化离子的存在导致调制蒸发动力学，这是进一步的表面润湿性的函数。在亲水性表面上，增加盐浓度导致蒸发速率增加，而在超疏水性表面上，它首先随着浓度增加和减少。此外，蒸发状态恒定接触角或恒定接触半径的性质和程度取决于盐浓度。基于通过显微镜观察到的液滴内晶体成核行为，解释了超疏水表面上的蒸发减少。注意到PdR扩散驱动的蒸发模型不能预测调制的蒸发速率。此外，由于溶剂化盐引起的表面张力和静态接触角的变化也不能解释改进的蒸发行为。使用PIV观察液滴内产生的内部平流，并取决于盐浓度。平流动力学已被用来解释和量化的改进的蒸发行为，通过呼吁界面剪切修改的Stefan流的概念，蒸发液滴周围。分析导致蒸发率的准确预测。此外，另一个缩放分析已被提出，表明系统内的热和溶质Marangoni平流导致的平流行为。分析还表明，主导模式是溶质平流和理论预测的内环流速度具有良好的精度。这一发现对微流体传热和物质传输系统具有重要意义。
2019-11-25 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
A quantitative comparison of physical accuracy and numerical stability of Lattice Boltzmann color gradient and pseudopotential multicomponent models for microfluidic applications
颜色梯度（CG）和山陈（SC）多组分格子玻尔兹曼模型的性能进行定量比较并排在多个物理流的问题，其中分裂，合并和收缩的流体韧带是重要的。流动问题与微流体应用、如在喷墨打印中看到的微滴喷射以及乳液动力学有关。一个显着更广泛的参数范围被证明是可访问的CG的密度比，粘度比和表面张力值。高密度比$\mathcal{O}(1000)$的数值稳定性是必需的，在喷墨打印过程中，我们在这里显示是可以实现的使用CG模型，但不使用SC模型模拟液滴形成过程。在物理精度方面，CG模型与液滴振荡和韧带收缩测试情况下的解析解显示出良好的一致性。SC模型在准确模拟韧带收缩方面是有效的，但在处理液滴振荡方面不太准确。瑞利高原不稳定性模拟表明，CG和SC模型给出物理上现实的结果时，发生解体，虽然较小的卫星液滴迅速消失在SC模型中，由于液滴质量蒸发到环境相。我们的研究结果表明，CG模型是一个合适的选择，具有挑战性的模拟液滴形成，由于数值稳定性和物理精度相结合。我们还提出了一种新的方法，将排斥力之间的界面CG，稳定的乳液的研究与可能的应用。具体而言，我们表明，CG模型可以产生类似的结果，一个已知的多范围潜力扩展的SC模型建模分离压力，开放其使用的研究致密稳定的乳液。
2021-10-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
