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
What am I? Supercooled droplet or ice?
在这个流体动力学视频中，我们展示了一个过冷液体水滴对超疏水表面的把戏。水滴表现出双重人格，第一次以液态撞击到表面，然后以冻结的冰晶再次撞击。
2013-10-11 physics.flu-dyn
Growth of respiratory droplets in cold and humid air
液滴周围的环境条件决定了它们的生长或收缩。然而，由其周围环境和抽吸本身决定的从呼吸抽吸排出的液滴的精确命运尚未完全量化。从空气传播疾病（如SARS-CoV-2）的角度来看，了解这种依赖关系至关重要。在这里，我们采用直接数值模拟（DNS）的湍流呼吸蒸汽喷流和帐户的质量和温度交换与呼吸液滴和气溶胶。特别是，我们调查如何液滴响应于不同的环境温度和相对湿度（RH）跟踪其拉格朗日统计。我们揭示和量化，在寒冷和潮湿的环境中，因为那里的呼吸喷烟是过饱和的，排出的液滴可以首先经历显着的增长，只有后来其次是收缩，在对比的单调收缩的液滴预期从经典的观点威廉F。Wells（1934）.事实上，寒冷和潮湿的环境会降低空气容纳水蒸气的能力，从而导致呼吸蒸气过度饱和。因此，过饱和的蒸汽场驱动在潮湿的烟团内被捕获和输送的液滴的增长。为了分析预测液滴增长的可能性，我们提出了一个模型的轴向RH的假设的准静止射流的基础上。我们的模型正确地预测了超饱和RH条件，并与我们的DNS有很好的定量一致性。我们的研究结果最终在一个温度-相对湿度图，可以作为一个指标，液滴生长或收缩。
2020-11-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
How does gravity influence freezing dynamics of drops on a solid surface
水滴结冰是我们日常生活中常见的现象。在自然场景和工业生产中，不同的表面倾角会给冻结液滴带来不同的变形和冻结动力学。我们探讨冻结的悬垂和固着液滴在不同的键数制度。通过考虑液滴形态、冻结前沿动力学和冻结时间，分析了重力对液滴冻结过程的影响。结果表明，重力可以通过改变初始液滴的形状来显著影响液滴的冻结过程，从而分别导致悬垂液滴和固着液滴的扁平或伸长。我们发现，液滴的初始几何形状是最重要的参数，它完全控制液滴冻结。尽管在初始液滴形状的显着差异，一些显着的相似之处已被发现为悬垂和固着液滴在小和大的邦德数。冻结液滴的最终高度与其初始高度成线性比例。冰-液-气接触线的时间演化再现幂律$t^{0.5}$，但明显快于Stefan 1-D结冰锋传播。因此，冻结液滴的时间比Stefan模型预测的要快，并且发现它通过简单的幂律依赖于初始液滴高度和基底半径。
2022-10-04 cond-mat.soft 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
Fast-freezing kinetics inside a droplet impacting on a cold surface
撞击液滴的冻结或固化在自然界和技术中无处不在，无论是落在过冷表面上的雨滴，无论是在喷墨打印中经常使用熔融蜡，无论是在附加制造或金属生产过程中，还是在用于芯片生产的极紫外光刻（EUV）中，其中熔融锡用于产生EUV辐射。对于许多这些工业应用，对固化过程的详细了解是必不可少的。在这里，通过采用一种全新的光学技术在冻结的背景下，即TIR（全内反射），我们阐明了冻结动力学过程中的液滴的凝固，而它的影响过冷表面。我们首次表明，在足够高的过冷度，一个奇特的冻结形态存在，涉及连续平流冻结前从中心的液滴到其边界。这一现象的研究相结合的经典成核理论的大尺度流体力学的液滴尺度的元素，汇集在一起的两个子字段，传统上已经相当分离。此外，我们报告了一个奇特的自剥离现象的冻结飞溅，这是由凝固过程中存在的瞬态结晶状态驱动。
2020-02-03 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Freezing delay of a drop impacting on a monolayer of cold grains
研究低湿度环境下液滴撞击冷颗粒单层的亚冻结场景，发现过冷度超过阈值时颗粒层可推迟液滴体冻结，其机制是润湿孔隙的液体快速冻结改变了液滴动态行为，甚至能阻止液体渗透并脱落结冰。
2024-03-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Freezing dynamics of wetting droplet under a uniform electric field
本文发展相场格子玻尔兹曼方法研究均匀电场下冷基底上润湿液滴的冻结过程，发现电场通过改变液滴形态显著影响冻结时间，长椭球形态冻结变慢而扁椭球形态冻结加快，为电致冻结精确调控提供指导。
2024-10-21 physics.flu-dyn
Extended Spreading of Saline Droplets upon Impact on a Frosty Surface
实验研究了盐水液滴撞击冷霜表面的铺展与凝固动力学，发现霜和盐在特定条件下引发扩展铺展，并提出统一模型预测不同撞击速度和盐度下的液滴停止铺展直径。
2024-03-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flash Freeze--Thaw Phenomenon in Sprayed Evaporating Micrometer Droplets
Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了喷雾蒸发微米滴中的闪冻-融现象，通过高保真模拟显示雾化气体温度变化导致液滴冻结与融化，影响制药产品稳定性。
2026-01-20 physics.flu-dyn
Cascade Freezing of Supercooled Water Droplet Collectives
表面结冰影响许多技术过程的安全和性能。以前的研究主要研究单个液滴的冷冻。在冷冻过程中多个液滴之间的相互作用研究较少，特别是在纳米结构的疏冰表面上，尽管它的实际重要性，因为水滴从来没有孤立地出现，而是成群出现。在这里，我们表明，冻结的过冷液滴导致自发自加热，并诱导强烈的蒸发。由此产生的，快速传播的蒸汽前锋立即级联冻结相邻的过冷液滴到达他们。我们提出的解释是，作为蒸汽接近冷相邻的液滴，它可以导致局部过饱和和形成的空气中的微观冰晶，作为冻结成核网站。该机制的顺序触发和传播导致整个液滴集合的快速冻结，从而导致纳米织构化表面的冰覆盖。尽管在低压环境中观察到级联冻结，但它引入了一种意想不到的冻结传播途径，这对于合理设计的疏冰表面的性能至关重要。
2018-12-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
UFO: "Unidentified" Floating Object Driven by Thermocapillarity
在这个流体动力学视频中，我们展示了水和庚醇的二元液滴的热毛细致动，其中二元液滴在运动中呈现出类似UFO的形状。在经受线性温度梯度的聚对二甲苯涂覆的硅表面上，纯庚醇液滴通过Marangoni应力快速移动到冷侧，而纯水液滴由于大的接触角滞后而保持被卡住。当水滴被一层薄薄的庚醇包裹并热致动时，二元液滴呈现出类似UFO的特殊形状，即一个“身份不明”的漂浮物体，因为其机制尚未完全理解。我们的发现表明，纯液滴（例如，水溶液），这是不利于热毛细致动，可以通过封装它们与另一个明智地选择的液体（例如，庚醇）。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Evaporation of sessile water droplets on horizontal and vertical bi-phobic patterned surfaces
本文介绍了一个实验研究的热传输到单个水滴蒸发加热双疏表面组成的超疏水矩阵与圆形疏水图案与强大的接触线钉扎。将8 μ l体积的单个水滴置于预热的表面上，并使其在开放的实验室环境中蒸发。我们调查的基板取向（水平和垂直）的蒸发动力学的影响。使用光学和红外成像，我们报告液滴流体动力学和传热特性的蒸发液滴。总的来说，垂直表面上的蒸发效率更高，总传热率更高，蒸发时间缩短10%。与直觉相反，在垂直表面上，基板-液滴界面热通量在下部接触线附近高于上部区域，尽管在底部具有高接触角和预期的楔形效应。同时，液滴下部的温度较低。我们将这种明显的异常归因于显热和蒸发之间的竞争，以及与水平表面相比修改后的对流签名（液滴和气相内）。我们还表明，一旦接触角在上部和下部的接触线变得相等的蒸发过程结束时，热签名变得均匀。这项工作的见解可以指导喷雾冷却装置的设计，或用于在基于蒸发的制造技术和喷墨打印过程中改变颗粒沉积模式。
2019-12-05 physics.flu-dyn
Frozen impacted drop: From fragmentation to hierarchical crack patterns
我们通过实验研究了通过水滴对冷固体基底（$0$至$-60^\circ$ C）的影响获得的液体煎饼的淬火。我们发现，低于一定的基板温度下，裂缝出现在冷冻煎饼和裂纹图案的变化，从一个2D的碎片制度的分级断裂制度的热冲击更强。不同的制度进行了讨论，并通过经典的断裂标度参数的转变温度估计。最后，相图显示了如何通过跌落碰撞参量控制这些区域。
2016-05-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quantum-Fluctuation-Driven Dynamics of Droplet Splashing, Recoiling and Deposition in Ultracold Binary Bose Gases
液滴对表面的冲击实际上与自然界和工业中的各种领域相关，而由于各种难以控制的因素，对其结果的完全控制仍然具有挑战性。本文提出了在超冷原子平台上对液滴碰撞结果进行量子模拟的方法。具体地说，我们研究了二维玻色-玻色混合物从初始汤斯孤子到量子液滴形成的量子涨落驱动动力学（QFDD）。通过调整初始汤斯态的波动能量，通过其大小和数量，随后的QFDD可以产生各种结果，包括飞溅，反冲和沉积，类似于液滴碰撞动力学。我们利用韦伯数来确定飞溅和反冲的阈值，并进一步建立了反冲区的最大扩展因子和韦伯数之间的普适标度律。此外，我们表明，在沉积制度中的剩余QFDD可以用来探测集体呼吸模式的量子液滴。我们的研究结果揭示了液滴撞击结果的机制，可以在冷原子实验中直接测试，并为在干净和完全受控的量子环境中探索有趣的液滴动力学铺平道路。
2023-02-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.soft 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
Mechanisms in Slide Electrification of Liquid and Frozen Drops on Hydrophobic Surfaces
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
研究液态和冻态液滴在疏水表面滑动电荷的机制，发现极性液体在低温下仍积累显著电荷，而非极性液体电荷较低，表明可能涉及电子转移机制。
2026-07-02 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Nucleation and droplet growth from supersaturated vapor at temperatures below the triple point temperature
1897年，奥斯特瓦尔德提出了一个多晶型体系形成最稳定晶体状态的阶梯法则。该规则描述了系统转化为具有最低自由能的晶体的不可逆方式。但事实上，低于三相点温度的过冷气体通过液滴$T_{tr.p.}$结晶的不可逆方式是奥斯特瓦尔德阶梯规则的一个例子。过饱和气体中的均匀形核不是晶体，而是类液体临界核。我们第一次进行了恒定能量（NVE）分子动力学（MD）的均匀成核没有使用恒温器。在低于$T_{tr.p.}$的温度下，对Lennard-Jones系统中过饱和蒸汽的均匀形核进行了模拟，结果表明，类液临界核的形核是由一个小的冷团簇引发的[S. Toxvaerd，J. Chem. Phys. \textbf{143} 154705（2015）]。在随后的液滴生长时潜热的释放增加了液体状液滴中的温度，对于非深过冷和/或低过饱和，该温度可以超过$T_{tr.p.}$。对于低过饱和度，液体状液滴的温度增加较少，并且保持低于$T_{tr.p.}$，但是液滴长时间没有结晶。潜热消散到周围气体中受到传统MD恒温器的影响，结果是液滴生长对于（NVE）MD和恒温（NVT）MD是不同的。
2016-04-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Tracking water vapor homogeneous nucleation and droplet growth with spectroscopy and holography in a free expansion cloud chamber
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；High Meadows Environmental Institute（高地环境研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；École Normale Supérieure de Paris（巴黎高等师范学院）；Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, NOAA（美国国家海洋和大气管理局地球流体动力学实验室）
本研究利用新型快速膨胀气溶胶室设施，通过可调激光吸收光谱和在线全息技术，追踪水汽均匀成核和液滴生长过程，发现成核阈值比约为S=5，并揭示湍流对液滴形成和生长的强烈影响。
2026-05-12 physics.ao-ph physics.chem-ph physics.flu-dyn
Soft Condensation
本文研究潮湿空气在软交联聚合物网络上形成呼吸图的液滴行为，揭示液滴数量对基底弹性的代数敏感性，提出成核遵循受交联度影响的低能路径，为探测聚合物界面分子特性提供宏观方法。
2024-07-10 cond-mat.soft 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
Phase-field based lattice Boltzmann method for containerless freezing
本文提出一种耦合相场与固相分数的格子玻尔兹曼模型，用于模拟多相固-液相变，通过三相Stefan问题、冷表面液滴凝固及含气泡凝固验证了模型准确性，并揭示了液滴凝固时间随体积和接触角增大而增加的规律。
2024-04-03 physics.flu-dyn
Deformation of hydrogel during freezing
本研究针对琼脂水凝胶液滴定向冷冻的形变问题，通过实验发现其因粘弹性聚合物基质阻碍未冻部分形变而主要沿温度梯度伸长，推导的假设平面冷冻前沿等条件的模型与实验吻合，且适用于不同形状的水凝胶。
2024-10-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
An improved phase-field framework for simulating impacts of solidifying metal drops
University of Arizona（亚利桑那大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
该研究针对传统相场公式无法模拟凝固金属液滴撞击后熔体回缩的问题，改进相场框架并引入壁能与惩罚项，经锡液滴撞击实验验证，可准确捕捉相关动力学并得到稳定溅射物直径。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Role of melting and solidification in the spreading of an impacting water drop
本研究通过水滴撞击冰或冷金属基板的实验，发现凝固减小而无量纲最大铺展直径而熔化促进铺展，并通过扩展有效粘度模型修正粘性边界层，提出了相变下撞击水滴最大直径的普适标度律。
2024-09-24 physics.flu-dyn
