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
CFD study on Taylor bubble characteristics in Carreau-Yasuda shear thinning liquids
本研究通过CFD方法探究受限共流微通道内Carreau非牛顿液体中泰勒气泡的形成特性,分析流变参数、入口速度等的影响,构建流型图,为非牛顿微流控系统的气泡精准调控设计提供指导。
2025-10-21 physics.flu-dyn
Giant superhydrophobic slip of shear-thinning liquids
该研究针对超疏水表面上的 Carreau 剪切稀化液体,通过渐近分析与数值模拟揭示强剪切稀化可使有效滑移长度由对数标度增强为代数标度。
2024-09-14 physics.flu-dyn
Universal Thinning of Liquid Filaments under Dominant Surface Forces
在表面活性剂的高表面浓度下液体线的变薄的理论和数值模拟表明存在一个渐近状态,其中表面张力平衡表面粘性应力,导致具有$e$ -倍时间$F(Θ)\,(3μ_s + κ_s)/σ$的指数变薄,其中$μ_s$和$κ_s$是表面剪切和湍流粘度系数,$σ$是界面张力,$Θ=κ_s/μ_s$,并且$F(Θ)$是通用函数。这种现象的潜在用途来测量表面粘度系数进行了讨论。
2020-09-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Laminar convective heat transfer of shear-thinning liquids in rectangular channels with longitudinal vortex generators
在雷诺数为25 ~ 200的范围内,对装有纵向涡发生器的矩形通道热沉内的流动和传热进行了数值研究。具有不同浓度(200-2000 ppm)的羧甲基纤维素(CMC)的水溶液(其为剪切稀化的非牛顿液体)已被用作工作流体。对一个平面通道和一个装有五对涡发生器的通道进行了三维模拟。通道的水力直径为8 mm,并通过恒定的壁温加热。涡流发生器安装在不同的攻角和通道内的位置。本文描述了带有纵向涡发生器的矩形通道内剪切变稀液体的流动,讨论了纵向涡发生器强化传热的机理。结果表明,相对于牛顿液体流(即水),在具有LVG的矩形通道中使用CMC水溶液的传热增强39-188%。此外,它表明,装备LVG矩形通道的结果在传热性能的24-135%的提高相对于平原通道。然而,这种传热增强与较大的压力损失相关。在本文所研究的参数范围内,增加CMC浓度、涡流发生器的迎角和它们的横向距离会导致传热性能的增加。此外,在层流区,纵向涡发生器的矩形通道的传热性能随着雷诺数的增加而增强。
2018-07-10 physics.flu-dyn
Superfast Thinning of a Nanoscale Thin Liquid Film
这个流体动力学视频演示了一个实验上的超快速变薄的独立薄水膜。这种薄膜的制备对于界面科学和纳米科学的应用具有重要意义。膜的稳定相是$5-50\,nm$阶的;然而可以建立热对流,其定性地将减薄行为从线性快速改变为指数快速。该膜在一个点上由非常冷的针热驱动,在$10^7$的瑞利数下建立两个对流辊。这反过来又会导致热和机械波动,从而以一种特殊的方式改变变薄行为,如视频所示。
2011-10-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Maximum spreading of impacting shear-thinning and shear-thickening drops
本研究通过模拟、实验和尺度分析,建立了预测剪切变稀和剪切增稠液滴最大铺展的通用框架,确定了控制粘性耗散的特征剪切速率,并揭示了铺展直径对撞击参数和流变性质的定量依赖,为设计非牛顿液体提供了指导。
2025-03-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How Surface Viscoelasticity Eliminates Satellite Drops
School of Astronautics, Beihang University(北京航空航天大学宇航学院);Aircraft and Propulsion Laboratory, Ningbo Institute of Technology, Beihang University(北京航空航天大学宁波研究院飞机与推进实验室)
该研究发现少量牛血清白蛋白引入的表面粘弹性可通过稳定锚定液丝变细颈部消除卫星液滴,提出描述其自相似变细行为的标度律,为工业中消除卫星液滴提供新策略。
2026-08-31 physics.flu-dyn
On the Effect of Liquid Crystal Orientation in the Lipid Layer on Tear Film Thinning and Breakup
本研究扩展泪膜模型,引入向列液晶脂质层,数值求解非线性偏微分方程,发现分子取向显著影响蒸发和流动,为预测泪膜动力学提供新途径。
2024-04-20 physics.flu-dyn
Compression-thinning behavior of bubble suspensions
研究发现气泡悬浮液在压缩时剪切黏度降低的压缩变稀行为,从气泡表面收缩削弱液相阻力加以解释,并建立兼顾剪切与膨胀效应的稀薄悬浮液本构方程。
2024-12-02 physics.flu-dyn
Leaping shampoo and the stable Kaye effect
剪切稀化流体表现出令人惊讶的丰富行为。一个例子是Kaye效应,当聚异丁烯在十氢化萘中的溶液的稀流被倒入流体盘中时发生。随着倾倒的进行,一小股液体偶尔从堆中向上跳跃。这种令人惊讶的效果只持续一秒钟左右,以它的第一个观察者A命名。凯,他无法解释这种行为。后来,Collyer和Fischer从每秒250帧的电影记录中提出,流体必须是高度剪切稀化的,以及弹性和“垂体”。此外,他们得出结论,需要刚性表面来支持反射的液体流。虽然单词bouncing和reflection与非连续和弹性效应相关,但我们将在这里展示Kaye效应实际上是一种连续流动现象。我们表明,凯伊效应适用于许多常见的液体,包括洗发水和液体肥皂。我们通过高速成像揭示了它的物理机制(形成,稳定性和破坏)。用一个简单的理论模型解释测量结果,该模型仅包括液体的剪切稀化行为;液体的弹性性质不起作用。我们表明,凯伊效应可以是稳定的,它可以被定向。我们甚至证明了一个稳定的Kaye效应薄肥皂膜不包括一个刚性的背衬表面的必要性。
2006-03-22 physics.flu-dyn
Stability of liquid film coating a horizontal cylinder: interplay of capillary and gravity forces
École Polytechnique Fédérale de Lausanne(洛桑联邦理工学院)
研究水平圆柱体外液膜排水的稳定性,发现毛细力与重力作用的临界Bond数决定液膜破裂,毛细力主导小Bond数下的不稳定性,形成珍珠,而大Bond数下重力主导形成下部调制。
2023-05-15 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Droplet Breakup of the Nematic Liquid Crystal MBBA
液滴破碎是牛顿流体中的一种已被充分研究的现象。这种行为的一个性质是,独立于初始条件,最小半径表现出幂律缩放与剩余的时间分裂τ。由于它们具有额外的结构和剪切依赖性粘度,液晶对这样的研究提出了有趣的复杂性。在这里,我们研究了一种称为MBBA的合成液晶液晶的分解。我们确定的解决方案,通过使用一个交叉偏振器设置在现场与液桥分裂装置的相位。与先前对粘性-惯性流体破碎中的标度行为的研究一致,当MBBA处于各向同性相时,最小半径减小为τ ^{1.03 \pm 0.04}。然而,在第二阶段,我们观察到非常不同的变薄行为。我们的测量变薄的配置文件是一致的两种解释。在第一种解释中,解体是普遍的,由两种不同的制度组成。第一种状态的特征在于具有单个最小值的对称轮廓,该最小值的半径随着τ ^{1.51 \pm 0.06}减小。第二和最后的制度的特点是两个极小值,其半径减少τ ^{0.52 \pm 0.11}。这些结果与先前测量的液晶8CB和5CB的双相破裂非常一致。有趣的是,我们发现整个变薄行为也可以用指数衰减拟合,使得R_{min} \sim exp((1.2 \times 10^2 Hz)τ)。这种依赖性更容易让人联想到聚合物中的断裂,其中熵拉伸减缓了变薄过程。液晶中的一种类似的慢化机制可能来自于控制缺陷动力学的拓扑约束所扮演的角色。与这种解释一致,交叉偏振器图像表明,在分裂期间发生液晶域的显著对齐。
2012-12-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical analysis of controlled droplet formation surrounded by shear-thinning fluid in a co-flow microfluidic device
本研究采用CLSVOF方法数值模拟了同流微流控装置中剪切变稀流体的受控液滴形成,通过改变操作条件定量分析了液滴动力学,并建立了流型图与标度关系,为微流控系统优化提供指导。
2025-07-16 physics.flu-dyn
A fractal classification of the drainage dynamics in thin liquid films
结果表明,动态结构对薄液膜的排液速率有着重要的影响,动态分形维数可以有效地反映这种影响。它表明,后者是一个强大的工具,用于描述的薄膜排水和分类的所有已知的结果从文献中。所得到的稀疏率的一般表达式是一个启发式的,并预测各种排水模型,这是很难在实践中模拟。这是标度律的一个典型例子,它解释了薄膜减薄率与薄膜半径之间复杂关系的起源。
2015-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
The impact of pressure oscillations on bubble rising in shear-thinning fluids
研究压力振荡对剪切稀释流体中气泡上升的影响,揭示非线性上升动力学及显著的上升速度提升。
2025-11-28 physics.flu-dyn
Effect of an axial electric field on the breakup of a leaky-dielectric liquid filament
本文从实验和数值计算两方面研究了轴向电场作用下牛顿漏介质丝的变薄现象。我们考虑具有高介电常数的中等粘性液体。实验表明,卫星液滴是由高介电常数的细丝在电场作用下破碎而成。两个通电的细丝具有相同的最小半径,以相同的速度变薄,而不管电压是什么时候施加的。数值模拟表明,极化应力是导致实验中观察到的箍缩延迟的原因。渐近接近箍缩点,细丝箍缩是由发散的水动力。极化应力变得次主导,即使这个应力也在这个有限时间奇点处发散。
2021-07-23 physics.flu-dyn
High-throughput controlled droplets generation through a flow-focusing microchannel in shear-thinning fluids
本研究通过三维CFD模拟,利用CLSVOF方法系统探究了剪切变稀流体中流变特性、流速和界面张力对高通量液滴生成的影响,揭示了各参数对液滴尺寸和流型的调控规律,为药物递送和微流控技术提供指导。
2025-07-16 physics.flu-dyn
Painting Taylor vortices with cellulose nanocrystals: supercritical spectral dynamics
本研究利用纤维素纳米晶的剪切诱导双折射可视化泰勒-库埃特流,发现其流动稳定性主要由剪切变稀特性主导,并揭示了不同旋转组合下从轴对称到螺旋模式的转变规律。
2023-12-31 physics.flu-dyn
Steady streaming flows in viscoelastic liquids
我们讨论了微流控装置中稀和半稀聚合物溶液的稳态流动的实验研究。非牛顿行为对不同模型流体的稳定流动的影响是通过使用粒子跟踪测速仪表征作为振荡频率的函数的内流层的演变来确定的。我们发现,在恒定粘度的弹性液体中的稳态流动速度分布定性类似于那些在牛顿液体。然而,在具有强剪切稀化的弹性液体中,稳定的流动速度剖面显示出两个独特的特征:(i)随着频率的增加,内部流动层的非单调演化,首先在宽度上增加,然后减小,以及(ii)在高频率下流动剖面的明显不对称。
2019-07-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling of pressure drop and heat transfer for flow boiling in a mini/micro-channel of rectangular cross-section
在本研究中,提出了一个一维模型来估计的压力损失和传热系数的流动沸腾在一个矩形微通道。本工作考虑到压力波动所造成的限制气泡的增长和压力波动的传热特性的影响。传热模型考虑了5个区域,即液塞、部分受限气泡、完全受限(拉长)气泡、部分干涸和完全干涸。该模型包括由于在液-汽界面处的剪切应力,除了蒸发液膜变薄。压力和传热系数的瞬态波动,以及时间平均的,与文献中的实验数据进行了验证。同时给出了进口可压缩性引起的回流换热特性。
2019-02-01 physics.flu-dyn
Surfactant-laden liquid thread breakup driven by thermal fluctuations
本研究采用多体耗散粒子动力学模拟,揭示了热涨落驱动的含表面活性剂液丝断裂中表面活性剂浓度对波长、断裂时间及液滴尺寸的影响,并阐明了从惯性区到热涨落区的状态转变机制。
2024-03-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Squeezing through: capsule or bubble?
在这个流体动力学视频中,我们比较了两个柔性颗粒的变形,因为它们在恒定流量下通过液体填充通道的突然收缩传播:气泡和通过将液滴封装在交联聚合物膜中形成的胶囊。气泡和胶囊都采用高度扭曲的配置,因为它们挤压通过收缩,在很宽的流速范围内表现出大致相似的特征,并在足够高的流速下破裂。然而,在破裂之前的流速下,变形的某些特征允许区分气泡和胶囊:气泡表现出与气泡后部的临界变薄相关的尖端流奇异性,而胶囊膜在由收缩引起的大压缩应力下起皱。
2013-10-10 physics.flu-dyn
Dynamics of a spatially developing liquid jet with slower coaxial gas flow
采用涡动力学($λ_2$方法)对低速同轴气流中的三维圆形液体射流进行了数值模拟和解释。气液界面上的不稳定性很好地反映了界面附近的涡旋相互作用。某些关键特征是首次发现的。两种类型的表面变形的区别,这是由一个大的缺口上的射流杆分开:第一,那些附近的射流启动帽被封装在帽后面的回流区。这些变形与生长帽的动力学直接相关,并通过那里产生的涡旋很好地解释。第二,变形发生在更远的上游帽主要是由开尔文-亥姆霍兹(KH)不稳定性在界面处。三维变形首先发生在涡结构中,并且最初的轴对称KH涡变形并导致几个液体叶瓣,其首先作为薄化片拉伸,然后继续直接拉伸成细长的韧带-在较低的相对速度下-或者在较高的相对速度下拉伸以产生液体桥和孔。不同的方案取决于韦伯数和雷诺数的基础上的相对气液速度被发现在时间的研究。上游区域的变形在与液体射流的对流速度一起移动的框架中被很好地描绘。现在确定了时间分析的有用性。
2018-08-24 physics.flu-dyn
Probing interfacial effects with thermocapillary flows
我们的报告支持的液体薄膜驱动的热毛细作用。液体是油膜,初始厚度为几十微米。局部和适度加热其上散布有它们的玻璃基板引起热毛细流动,这允许形成超薄膜。我们表明,在给定的时间范围内,亚微米厚的薄膜的减薄动力学是由热毛细应力。它导致厚度轮廓与时间的简单依赖性,这通过数据在主曲线上的崩溃来证明。主曲线仅取决于液体性质和热梯度,并允许测量后者。随着薄膜进一步变薄至分子相互作用范围内的厚度,出现了与主曲线的偏差。虽然所有研究的油都被认为是完全润湿玻璃,但烷烃和硅油之间的偏差性质不同。我们将观察到的行为归因于分离压力的不同迹象,并且薄膜方程的数值解证实了这一点。我们建议热毛细流动可用于精细探测分子间的相互作用。
2022-12-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The stability analysis of volatile liquid films in different evaporation regimes
本文研究了不同蒸发机制下倾斜加热表面上挥发性液膜的稳定性,通过修改动力学-扩散模型并结合长波理论推导控制方程,揭示了Marangoni效应的双重机制及其与蒸发质量损失和蒸汽反冲的相互作用,并发现蒸汽扩散强度与向绝对不稳定性转变相关。
2024-06-03 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A new complex fluid flow phenomenon: Bubbles-on-a-String
本文报道了一种新的流体流动现象“串上气泡”(BUoaS),即粘弹性射流撞击同种液体浴槽时产生稳定环形气泡,并指出低表面张力是关键,非牛顿流变特性最有利于其发生。
2025-01-20 physics.flu-dyn
Experimental investigation of exit dynamics of a circular cylinder out of water and silicone oil
本研究通过水和硅油实验,探究圆柱体恒速退出液面时的液体夹带、排液动力学及所需力,发现初始深度影响有限,退出速度与液厚呈对数关系,排液后期遵循平方根时间律。
2024-07-22 physics.flu-dyn
Confinement effects in premelting dynamics
我们研究约束的影响,由热分子压力梯度驱动的预熔膜的动力学。我们的方法是修改一个充分研究的设置,其中的热分子压力梯度是由平行于界面预熔化的弹性壁的温度梯度驱动。修改处理与薄膜变薄,在各种各样的材料中研究,使用幂律的粘度增加,我们检查随之而来的演变的限制弹性壁。我们处理(1)一系列的相互作用,是已知的界面预熔化和(2)一个恒定的温度梯度,其中的热分子压力梯度是一个常数。有和没有邻近效应的情况下的差异出现在预熔液体的体积流量。邻近效应随着膜厚度减小而增加粘度,从而需要在预熔化膜厚度最大的较高温度下适应热分子压力驱动的通量。最后讨论了试验和观测的意义。
2017-10-26 physics.flu-dyn
The influence of an outer bath on the dewetting of an ultrathin liquid film
本文理论与数值研究了固体基底与外部液体浴间薄液膜的去润湿动力学,发现外部浴黏度显著改变最大放大波数、破裂前的自相似结构及液膜变薄定律的前置系数与张开角。
2023-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheological properties and shear-induced structures of ferroelectric nematic liquid crystals
Kent State University(肯特州立大学)
研究铁电向列液态晶体在剪切流下的流变性质和结构行为,揭示其粘度与剪切速率的关系及对齐机制。
2026-02-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermal fluctuations of an interface near a contact line
用解析和数值方法研究了部分润湿不可渗透基底的液体界面接触线附近的热涨落效应。提升的界面轮廓和接触线的位置为随机变量,我们探讨了相应的波动接触线问题的平衡性质的基础上的界面哈密顿量涉及的“接触”结合势。为了便于分析处理,我们考虑一维界面的情况。接触线处的有效边界条件由无量纲参数确定,该无量纲参数编码微观尺度下的热能和衬底能量的相对重要性。我们发现,这个参数控制从部分润湿到伪部分润湿状态的过渡,后者的特征在于由固定厚度的薄预湿膜。相反,在部分润湿状态下,轮廓通常经由指数变薄的预润湿膜接近基底。我们表明,独立的物理在微观尺度上,杨氏角恢复足够远离基板。界面和接触线的波动引起有效分离压力,随高度呈指数下降。因此,波动提供了一个正则化的奇异接触力发生在相应的确定性问题。
2016-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn