Unexpected Marangoni Condensation in Negative Binary Mixtures
Washington University in St. Louis（华盛顿大学）；Department of Mechanical Engineering & Materials Science, Washington University in St. Louis（华盛顿大学机械工程和材料科学系）；Institute of Materials Science and Engineering, Washington University in St. Louis（华盛顿大学材料科学与工程研究所）
研究揭示负二元混合物中自发的马兰戈尼驱动伪滴状冷凝现象，通过热扩散产生表面张力梯度，提升传热效率6倍，挑战传统认为马兰戈尼冷凝仅适用于正混合物的观点。
2026-05-13 physics.flu-dyn
Solutal Marangoni flow as the cause of ring stains from drying salty colloidal drops
蒸发的盐滴在自然界中无处不在，在我们的家里和实验室里。有趣的是，在这种显然简单的系统中的运输过程与蒸发的“淡水”液滴有很大的不同，因为对流部分是由于马兰戈尼应力而倒置的。这种效应对盐结晶过程和留下的沉积物有着至关重要的影响。在这项工作中，我们展示了前所未有的测量结果，不仅清楚地证实了流动反转的模式，而且还阐明了它们对非挥发性溶质分布的影响。与文献中经常报道的相反，这种流动逆转并不能防止环形污渍的形成：颗粒仅由界面流动驱动在接触线处积聚。因此，我们可以得出结论，经典的“咖啡污渍效应”不是唯一的机制，可以产生环形污渍蒸发液滴。
2018-09-20 physics.flu-dyn
Symmetry breaking and chaos in evaporation driven Marangoni flows over bubbles
理解构成气泡的液膜的动力学具有实际和根本的重要性。实际上，这种理解对于调整气泡稳定性至关重要，而从根本上讲，薄膜是研究二维流动的绝佳平台。在这里，我们研究的时空膜厚度动力学的气泡蒸发驱动Marangoni流。首先，我们展示了如何气泡的稳定性可以大大调整蒸发驱动流的帮助下。随后，我们揭示了厚度分布的空间对称性与挥发性物质浓度的非单调演变，与配置文件是轴对称的浓度在两个极端。在$50\%$浓度下，空间对称性被破坏，空间各处的厚度波动都是混沌的，波动统计变得空间不变和遍历。对于这些情况下，厚度波动的功率谱遵循柯尔莫哥洛夫$-5/3$缩放-第一次这样的演示强迫蒸发。这些结果以及报告的设置提供了一个很好的框架，以进一步研究二维混沌流。
2020-04-21 physics.flu-dyn
Bursting of Dilute Emulsion-Based Liquid Sheets Driven by a Marangoni Effect
我们研究了在空气中膨胀的薄液体片的不稳定机制，并表明稀水包油乳液基片通过成核和生长的孔，包围片崩解。孔外板的速度场和厚度场不受孔的扰动，开孔遵循泰勒-库里克定律。我们发现，一个预孔，加宽和变薄的片随着时间的推移，系统地先于孔成核。预孔的生长动力学遵循理论上预测的由于Marangoni应力而在较高表面张力的另一液体上的液体扩散的规律。经典的Marangoni扩散实验定量地证实了我们的发现。
2015-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The effect of phase change on stability of convective flow in a layer of volatile liquid driven by a horizontal temperature gradient
由水平温度梯度驱动的挥发性液体层中的浮力-热毛细对流出现在各种情况下。最近的研究表明，气相的组成，这是典型的蒸汽和空气的混合物，有一个显着的影响临界马兰戈尼数描述的对流开始以及观察到的对流模式。具体地说，作为总压力，或等效地，空气的平均浓度降低，阈值的不稳定性导致出现的对流卷被发现，而显着增加。我们提出了一个线性稳定性分析的问题，这表明，这种趋势可以很容易地理解，通过考虑运输的热量和蒸汽通过气相。特别是，我们表明，在气相中的运输有一个显着的效果，即使在大气条件下，当相变被大大抑制。
2017-09-27 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
Marangoni instability triggered by selective evaporation of a binary liquid inside a Hele-Shaw cell
界面稳定性对于许多涉及两个不混溶相之间的传热和传质的过程是重要的。当这种转移以二元溶液的蒸发形式发生时，其中一种组分比另一种组分更易挥发，可能会出现表面张力的梯度。这些梯度最终会破坏液-气界面的稳定性。在本工作中，我们研究了乙醇-水溶液的蒸发，其中乙醇具有较大的挥发性。将该溶液包含在水平Hele-Shaw池中，该池从一端开放以允许蒸发到空气中。然后在液-气界面处触发马兰戈尼不稳定性。我们研究这种不稳定性的时间演变，通过观察它对大部分液体的影响。更具体地说，对流细胞的生长是可视化的共聚焦显微镜和接近界面的速度场测量与微粒子图像测速。基于准二维方程的数值模拟结果令人满意地与实验观察相比，即使不考虑蒸发冷却，虽然这种冷却可以在实验中发挥额外的作用。此外，线性稳定性分析应用到一个简化版本的准二维方程显示出相当好的协议，从模拟结果在早期的时候，不稳定性刚刚被触发，没有粗化发生。特别是，我们发现一个临界Marangoni数低于该政权的稳定性预测。
2021-06-13 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
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
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
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
Intricate Role of Thermal Properties and Volatility in Droplet Spreading: A Generalization to Tanner's Law
针对挥发性液滴铺展机制不明确的问题，本文结合建模与实验揭示了毛细、蒸发与热Marangoni效应的时空作用规律，推广Tanner定律得到蒸发液滴铺展定律，为多场景液体输运调控提供了理论支撑。
2023-08-23 cond-mat.soft physics.chem-ph 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
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
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
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
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
Thin-Film Smoothed Particle Hydrodynamics Fluid
我们提出了一种基于粒子的方法来模拟薄膜流体，共同促进积极的表面变形和蓬勃发展的切向流动。我们从表面张力驱动的纳维-斯托克斯方程中建立动力学模型，并使用渐近润滑理论进行降维，并基于弱可压缩光滑粒子流体动力学（SPH）定制了一组微分算子用于演化点集表面。关键的见解是，SPH的可压缩性，这是不利的，在其典型的使用，是有助于在我们的应用程序，以共同发展的厚度，计算的表面张力，并加强流体的不可压缩性上的薄膜。通过这种方式，我们能够以基于物理的方式将表面变形与面内流动双向耦合。我们可以模拟复杂的旋涡漩涡，由于瑞利-泰勒不稳定性，毛细波，牛顿干涉条纹，和马兰戈尼效应自由变形表面上的指状效应，提出了现实的视觉结果和数值验证。我们的系统基于粒子的性质也使它能够方便地处理拓扑结构的变化和余维转换，使我们能够结婚的薄膜模拟与广泛的3D现象，如夹断不稳定的悬链线，重力下滴，液滴合并，以及气泡破裂。
2021-05-17 cs.GR physics.flu-dyn
Improved phase field model for two-phase incompressible flows: Sharp interface limit, universal mobility and surface tension calculation
本研究提出一种改进的两相不可压缩流相场模型，通过二阶扩散项、广义平滑狄拉克δ函数等优化，解决了欠分辨界面自发收缩问题，验证了通用迁移率范围与模型在多类流动算例中的准确性。
2025-01-17 physics.flu-dyn
