Exploratory Study of Chaotic Behavior in Walking Droplets
研究行走液滴在超临界法拉第波中的混沌行为,通过实验验证其轨迹特征及毛细作用影响。
2025-11-30 physics.flu-dyn
Waveguides for walking droplets
当轻轻地将液滴放置在垂直振动的浴槽上时,液滴可以反弹而不会聚结。在增加强制加速度时,液滴被其产生的波推动,并成为具有明确定义的速度的步行者。我们调查的限制步行者在不同的矩形腔,作为连续液滴反弹发射的法拉第波的波导。通过研究步行速度,我们发现,一维限制是最佳的宽度为$D \simeq 1.5 λ_F $的窄通道。我们还提出了一个类比波导模型的基础上观察的法拉第不稳定性的通道内。
2016-06-27 physics.flu-dyn
Scattering theory of walking droplets in the presence of obstacles
我们的目标是描述一个简单的和高度通用的模型,灵感来自量子力学的振动浴液滴弹跳。接近法拉第不稳定性,在每次反弹时产生长寿命表面波,其用作液滴的引导波。这导致所谓的步行液滴或步行者。自从{ \it Couder et al} [Phys. Rev. Lett. { \bf 97},154101(2006)]已经进行了许多尝试来精确地再现实验结果。我们建议使用格林函数方法来描述步行者的轨迹。格林函数与Helmholtz方程有关,其中障碍物上具有Neumann边界条件,无穷远处具有传出边界条件。对于单缝几何形状,我们的模型是完全可解的,并再现了实验观察到的一些一般特征。它代表了一个有前途的候选人,占任意边界的存在,步行者的动态。
2016-11-23 physics.flu-dyn
Smoothed Particles Hydrodynamics numerical simulations of droplets walking on viscous vibrating liquid
本文采用光滑粒子流体动力学数值方法,通过流体动力学数值模拟,研究了液滴“行走”现象。这种现象发生在当一个毫米级的液滴被释放到相同成分的油的表面上时,该油被包含在一个罐中,并且受到频率和幅度非常接近法拉第不稳定性阈值的垂直振荡。在所研究的系统的参数的适当值,油滴跳跃永久的振动液体的表面上形成一个本地化的波粒子系统,提醒德布罗意所建议的波粒子量子系统的行为。在我们的研究中,我们做了相关的简化假设,但我们观察到波降耦合是肯定得到的。此外,液滴和波以几乎恒定的速度行进,如在实验中观察到的。这些事实表明,这种现象可能发生在许多情况下,并打开了在非常广泛的物理配置中研究它的可能性。
2017-08-16 physics.flu-dyn
Diffraction of walking drops by a standing Faraday wave
Department of Mathematics, MIT(麻省理工学院数学系);Department of Mechanical Engineering, Boston University(波士顿大学机械工程系);Department of Mathematics, UNC, Chapel Hill(北卡罗来纳大学教堂山分校数学系)
本文报告了导波流体力学中行走液滴被驻立 Faraday 波偏转并产生类 Kapitza-Dirac 效应衍射图样的现象,揭示了由失谐引发的非共振效应及 ponderomotive 效应。
2024-12-25 nlin.CD physics.flu-dyn quant-ph
Superwalking droplets
\textit{walker}是通过液滴和其波场之间的反馈在相同液体的振荡浴的自由表面上自推进的液体液滴。我们已经研究了步行液滴在两个驱动频率的存在下,并观察到一类新的步行液滴,我们硬币\textit{superwalkers}。超级步行者的体型可能是最大步行者的两倍多,速度可能是最快步行者的三倍多,并且能够实现大量新颖的多液滴行为。
2019-06-21 physics.flu-dyn
Strings of droplets propelled by coherent waves
弹跳行走液滴由于其独特的波/粒子相互作用而具有迷人的特性。为了研究一维系统中的这种步行者,我们考虑了环形腔中的一个或多个液滴的情况。我们发现,在这种几何形状,步行液滴形成一串同步弹跳液滴,共享一个共同的相干波推动组的速度比单个步行者。该相干波的形成和液滴的集体行为由模型捕获。
2015-04-02 physics.flu-dyn
Unsteady dynamics of a classical particle-wave entity
在垂直振动的液体浴表面上弹跳的液滴可以在每次撞击时产生的波的引导下水平行走。这导致了一个自推进的经典粒子波实体。通过使用一个一维的理论导波模型与广义波的形式,我们调查这个粒子波实体的动力学。我们采用不同的空间波的形式来理解波振荡和空间波衰减在步行动力学中所起的作用。我们观察到稳定的行走运动以及不稳定的运动,如振荡行走,自陷振荡和不规则行走。我们探讨的动力学和统计方面的不规则行走,并显示液滴动力学和洛伦兹系统之间的等价性,以及与朗之万方程和确定性扩散的连接。
2021-06-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Hong-Ou-Mandel-like two-droplet correlations
我们提出了一个数值研究的两个液滴对相关的同相液滴行走在振动浴。两个这样的步行者被发射到一个共同的起点。当它们接近时,它们的载波可以重叠,并且液滴具有形成两液滴结合状态的非零概率。这种配对的可能性通过测量在较晚时间发现处于结合状态的液滴的概率来量化。三个通用类型的两液滴相关性观察:散步,轨道和追逐对步行者。对于某些参数,液滴可能对于某些初始路径差变得相关,而对于其他初始路径差保持不相关,而在其他情况下,液滴可能永远不会产生液滴对。这些观测结果为进一步研究弹跳和行走液滴的流体动力学量子模拟中强相关的多液滴行为铺平了道路。
2018-06-11 physics.flu-dyn quant-ph
Anderson localization of walking droplets
该研究利用自引导行走液滴在随机地形上构建波粒型流体动力系统,证明经典粒子可通过波介导共振耦合产生 Anderson 式局域化并抑制扩散。
2024-08-08 physics.flu-dyn
Non-resonant effects in pilot-wave hydrodynamics
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Yale University(耶鲁大学)
本研究提出一种放宽液滴与导波共振假设的导波流体力学理论模型,揭示了非共振效应及液滴垂直动力学的简并性,为多种此前难以解释的行走液滴运动特征提供了新解释。
2025-01-03 nlin.CD physics.flu-dyn
Numerical Simulations of a Superwalking Droplet
当硅油浴同时以给定的频率及其亚谐音调振动时,观察到一类新的行走液滴,即创造的超级行走者[1]。在本文中,我们提出了一个理论模型的数值实现的细节,由Valani \emph{et al.} ~[2]的超级步行者。本文的数值分析结果为进一步研究超步行液滴的数值模拟提供了基础。
2022-02-24 physics.flu-dyn
Stochastic discrete dynamical model for the hydrodynamic analog of a quantum mirage
最近离散动力学模型的步行液滴动力学允许快速数值模拟的水平混沌运动,从而长时间的统计分布的液滴的位置。我们发展了一个离散模型的步行者在一个椭圆形畜栏与两个主导的本征模式。这些本征模式被周期性地激发,每个本征模式具有随机但相关的权重。在每次迭代时,模型计算由于与流体浴的冲击而引起的液滴的水平推进。基于液滴与由本征模激发产生的波场的相互作用来计算推进。我们记录了长时间的统计数据,令人难以置信的是,对于这样一个简单的模型,它们在性质上与实验相似。
2023-02-02 math.DS nlin.CD physics.class-ph
Pilot-wave dynamics in a harmonic potential: Quantization and stability of circular orbits
我们提出的结果的理论调查的影响下,一个液滴行走在振动的流体浴的动力学的谐波电位。步行液滴的水平运动由积分-微分轨迹方程描述,该方程存在定常轨道解。的轨道半径和频率的径向谐波力场的强度的依赖性的预测同意有利的实验数据。通过对轨道解的分析,使轨道量子化合理化。轨道稳定性对系统参数的预测依赖性与实验数据进行了比较,并讨论了模型的局限性。
2016-04-25 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
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
Interaction of Wave-Driven Particles with Slit Structures
一个经典系统如在振动表面上行走的油滴能否模拟单缝和双缝量子力学实验?一个系统的调查显示,答案是否定的,但经典系统展示了丰富和迷人的结构。
2020-05-25 physics.flu-dyn
Faraday waves under perpendicular electric field
本文统一了垂直振荡与电场对流体表面的效应,分析其对不稳定性的影响,并提出了在行走液滴中的应用可能。
2020-02-13 physics.flu-dyn
Liquid-Droplet Coalescence: CNN-based Reconstruction of Flow Fields from Concentration Fields
针对液滴聚结中流场难以实验获取的问题,提出用2D/3D U-Net等CNN模型从浓度场重构流场,经多场景DNS数据训练,高低Oh数下均准确,还对比了潜变量映射方法并验证了实验适用性。
2024-10-06 physics.flu-dyn
Interaction between a Rising Bubble and a Stationary Droplet Immersed in a Liquid Pool using Ternary Conservative Phase-Field Lattice Boltzmann Method
当浸没在液池中的静止气泡和静止液滴彼此接触时,它们形成气泡-液滴聚集体。它的平衡形态和稳定性在很大程度上取决于不同组分的表面张力的组合,称为铺展因子。在这项研究中,我们着眼于上升的气泡和静止的液滴之间的相互作用,以更好地了解聚结和上升的动力学以及气泡-液滴聚集体的形态变化。系统地研究了不同气泡尺寸和铺展因子下的相互作用过程。目前的模拟框架包括三元守恒相场格子玻尔兹曼方法(LBM)的界面跟踪和速度-压力LBM的流体力学,这是验证的基准情况下,如液体透镜和寄生电流周围的静态液滴与几个流行的表面张力公式。我们进一步测试我们的LBM的形态变化的两个液滴最初接触各种铺展因子,并描绘了最终的形态在相图。通过系统地改变扩散因子的符号,可以复制分离的、部分吞没的和完全吞没的形态。上升的气泡和静止的液滴相互作用的基础上,通过施加一个假想的浮力上升的气泡在静止条件下获得的最终形态进行了模拟。结果表明,与部分吞没形态的聚集体相比,具有双乳液形态的气泡-液滴聚集体可以最大限度地减少气泡-液滴聚集体的扭曲,并获得更大的终极速度。
2022-09-08 physics.flu-dyn
Onsager-variational-principle-based Lattice Boltzmann Model For Three-phase Dielectric Fluid Flows
College of Science, National University of Defense Technology(国防科技大学理学院);School of Mathematics and Physics, China University of Geosciences(中国地质大学数学与物理学院)
本文针对现有三相EHD模型缺乏热力学一致性的问题,基于Onsager变分原理提出热力学一致的三相EHD模型,结合格子玻尔兹曼方法开发数值框架,经多基准案例验证后用于模拟液滴在电场及复合流场中的动力学行为,提供了可靠的多相EHD数值工具。
2026-08-07 physics.flu-dyn
Unveiling the Spatiotemporal Evolution of Liquid-Lens Coalescence: Self-Similarity, Vortex Quadrupoles, and Turbulence in a Three-Phase Fluid System
本文通过三相Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统模拟液透镜聚并,揭示粘性区与惯性区的自相似增长、涡旋四极子及湍流特征,并给出不对称透镜合并的幂律指数。
2023-10-17 physics.flu-dyn
N-Component Free Energy Lattice Boltzmann Method with Reduction Consistency and Global Momentum Conservation
Institute\ for\ Multiscale\ Thermofluids,\ School\ of Engineering,\ University\ of\ Edinburgh,\ Edinburgh\ EH9\ 3FD,\ United\ Kingdom;Institute\ for\ Mechanical\ Process\ Engineering\;\ Mechanics,\ Karlsruhe\ Institute\ of\ Technology,\ Karlsruhe,\ Baden-W u rttemberg, Germany;Lattice\ Boltzmann\ Research\ Group,\ Karlsruhe\ Institute\ of\ Technology,\ Karlsruhe,\ Baden-W u rttemberg, Germany
本文提出了一种自由能晶格玻尔兹曼模型,能够模拟具有任意数量不混溶组分的流体系统。该方法严格满足降阶一致性,确保不存在的流体组分不会自发成核。通过引入一种新的表面张力力的离散化方法,实现全球动量守恒,且通过与移动无关的通量修正来保证降阶一致性。该方法通过多种静态和动态问题的测试,包括液镜、Janus滴状物、四元相分离和六组分层泊肃叶流,均与理论预测一致。最后,通过图案化液面和微流体乳滴生成展示了该方法的应用性。
2026-05-21 physics.flu-dyn