Critical charges for droplet collisions
本文计算静止空气中带电沉降液滴的碰撞效率，确定相反电荷与同极性液滴转入电荷主导碰撞的临界电荷及其对Kn数的依赖。
2022-09-12 physics.flu-dyn
Effects of correlated collisions and intermittency on the growth of lucky droplets
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Faculty of Physics, University of Göttingen（哥廷根大学物理学院）；Theoretical Physics I, University of Bayreuth（拜罗伊特大学理论物理学I）
研究通过湍流模拟探讨相关碰撞和间歇性对幸运水滴增长的影响，发现相关碰撞加速初期增长，间歇性可缩短跨越大小间隙的时间。
2026-01-14 physics.flu-dyn
High-energy droplet collisions in multi-interacting hollow cone sprays
本研究针对三个空心锥喷雾形成的组合喷雾区域，通过PDI和高速成像系统研究不同液膜韦伯数下的液滴碰撞，发现碰撞使SMD减小11-15%，拉伸分离为主导机制，卫星液滴轴向运动引发级联破碎，分布符合复合伽马分布。
2025-10-28 physics.flu-dyn
A correction to collision rates of droplets in turbulent flows
本文对Saffman和Turner（1956）导出的小液滴在湍流中的碰撞率作了修正。不仅考虑了变形，而且考虑了两个接近的液滴之间的流体的旋转。在一个液滴上固定一个旋转基准，并基于这个新的基准来执行向固定液滴移动的其他液滴的通量。在旋转参考下，分析了最小涡内的湍流行为，并通过乘以因子sqrt（2）对碰撞率进行了校正。
2016-09-04 physics.flu-dyn
Non-axisymmetric flow characteristics in Head-on Collision of Spinning Droplets
采用流体体积法，研究了旋转运动对旋转液滴与非旋转液滴迎面碰撞时的弹跳和聚并过程的影响。一个突出的发现是，旋转液滴可以诱导显着的非轴对称流动的特点，由相同的液体组成的相同大小的液滴的迎面碰撞。具体地说，观察到非轴对称的反弹，它是由旋转角动量到轨道角动量的转换引起的。该过程伴随着由于液滴的旋转流和径向流之间的相互作用而导致的旋转动能损失。实验还观察到了非轴对称的内部流动和暂时合并后的延迟分离现象，这是由界面振荡增强和内部流动诱导的粘性耗散引起的。旋转运动也可以促进液滴的质量混合，因为局部不均匀的质量交换发生在碰撞的早期阶段，由非轴对称流动，并在碰撞后期沿细丝进一步拉伸。此外，还发现液滴初始平移运动和旋转运动的正交性越强，非轴对称流动特征越明显。
2020-08-19 physics.flu-dyn
Bouncing, Helical and Buckling Instabilities During Droplet Collision: Newtonian and Non-Newtonian Liquids
在这段视频中，光线跟踪数据可视化技术被用来获得真实和详细的液滴碰撞过程中的流动运动。比较了牛顿流体与非牛顿流体碰撞结果的差异。提出了液滴碰撞的各种类型，包括弹跳、聚结和拉伸分离。由于剪切力引起的等效粘度降低，剪切变稀液滴间的气膜比牛顿流体薄。在Weber数和碰撞参量图中，由于较薄的气膜促进了聚并，剪切稀化液体的弹跳区面积较小。在拉伸分离的韧带/螺纹断裂过程中，识别出两种不稳定性，螺旋和屈曲不稳定性。螺旋不稳定性类似于粘性旋转液体射流，而屈曲不稳定性类似于聚合物溶液的带电液体射流。
2012-10-15 physics.flu-dyn
Collisions of micron-sized, charged water droplets in still air
我们调查的影响，电荷的碰撞流体动力学相互作用，微米大小的水滴通过静止的空气沉降。带电液滴的相对动力学由流体动力学相互作用、粒子和流体惯性以及静电力决定。我们分析所产生的相对动力学相反的荷电液滴，通过确定其不动点和稳定和不稳定的流形。鞍点的稳定流形形成了一个分界线，将碰撞的轨道与不碰撞的轨道分开。从这个理论得到的定性结论与实验非常吻合。
2021-06-22 physics.flu-dyn
On Free Moving Micron-Sized Droplet-Particle Collisions
School of Chemical and Process Engineering, University of Leeds（利兹大学化学与工艺工程学院）；School of Natural Sciences, Department of Mathematics, University of Manchester（曼彻斯特大学自然科学学院数学系）；School of Mathematics, Statistics, Chemistry and Physics, Murdoch University（默多克大学数学、统计、化学和物理学院）
研究通过分析微米级液滴与粒子碰撞，揭示了粒子密度和润湿性对碰撞结果的影响，并提出改进的Weber数模型。
2026-03-05 physics.flu-dyn
Gravity-induced collisions of uncharged cloud droplets in an electric field
本文研究外部电场中不带电云滴在重力下沉降时的碰撞，引入非连续流体动力学效应计算碰撞效率，发现电场诱导力显著增强碰撞并影响聚并动力学。
2025-03-09 physics.flu-dyn
Polydisperse collision kernels in droplet-laden turbulence with implications for rain formation
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
通过直接数值模拟研究多分散惯性颗粒在湍流中的碰撞统计，提出适用于瓶颈尺度液滴的碰撞核参数化模型，并发现湍流间歇性可加速液滴增长。
2026-03-13 physics.flu-dyn
ConvNet-Based Prediction of Droplet Collision Dynamics in Microchannels
本研究提出基于卷积神经网络的液滴碰撞结果预测方法，利用格子玻尔兹曼生成数据训练模型，在多变参数下达到0.972准确率，显著提升效率并降低计算成本。
2024-11-06 physics.flu-dyn
Relative accelerations characterize the hydrodynamic interaction of cloud droplets
水滴在大气云层中凝聚成较大的水滴形成雨。但是，由于它们之间空气的缓冲作用，碰撞过程中的液滴并不总是聚在一起。这些所谓的流体动力学相互作用降低聚结速率的程度体现在碰撞效率中，该碰撞效率通常很小并且通常不为人知。为了表征确定碰撞效率的机制，我们利用新的时间分辨三维液滴跟踪技术来测量通过静止空气沉降的云液滴对的位置。我们以前所未有的精度这样做，使我们能够计算液滴的相对位置，速度和加速度，液滴表面到表面的分离小到约十分之一的液滴直径。我们表明，相对加速度清楚地区分聚结从非聚结液滴轨迹，前者与相对加速度超过阈值。我们概述了如何相对加速度与流体动力学相互作用，并提出预测阈值相对加速度的缩放参数。我们推测，在湍流云中的水滴的相对加速度分布可以参数化的碰撞效率，这个分布与众所周知的相对位置和速度分布一起可以产生一个物理描述的碰撞和合并率的云滴。
2022-04-16 physics.flu-dyn
Intermittency and collisions of fast sedimenting droplets in turbulence
本文从理论和数值两方面研究了均匀各向同性Navier-Stokes湍流中液滴的空间分布和碰撞率。假定流体质点的典型湍流加速度比重力小得多。这表明，粒子与单个旋涡的相互作用很弱，因此，在大部分空间中形成平滑的流动。在中等雷诺数的弱间歇性湍流中，在计算液滴碰撞空间平均速率时，可以忽略流动破裂的罕见区域。然而，Re的增加增加了罕见的大的静止旋涡的概率，其与颗粒的长时间相干相互作用破坏了流动。因此，在较高Re时，空间平均碰撞率在光滑流假设失效的罕见区域中形成。我们描述的制度之间的过渡，并提供碰撞内核的情况下，温和的Re描述的流动。成对距离的分布服从分离向量的大小和极角的可分离的依赖。大小依赖性服从负指数幂律，表明液滴吸引子的多重分形性。我们提供了迄今为止失踪的数值确认这个指数和李雅普诺夫指数之间的关系，并证明它持有超出理论范围。RDF的角度依赖性在小角度处表现出最大值，从而量化颗粒形成空间柱。在所考虑的极限条件下，液滴流动的梯度为高斯分布，利用这一点推导出液滴的碰撞核。我们表明，随着Re的增加，列的纵横比减小，最终成为一个恢复时的各向同性。我们提出了如何在更高的Re的云，通过使用RDF的例子的理论可以构建。
2022-05-14 physics.flu-dyn
Complex dynamics on the one-dimensional quantum droplets via time piecewise PINNs
提出时间分段PINNs求解修正Gross-Pitaevskii方程，在稀少训练点下模拟一维量子液滴的调制、碰撞与呼吸子激发。
2023-05-03 physics.flu-dyn
Collision Dynamics and Deformation Behaviors of Multi-Core Compound Droplet Pairs in Microchannel Flow
本研究采用基于自由能的格子玻尔兹曼方法，探究受限剪切流中双核复合液滴对的碰撞行为，明确了四类碰撞结果及参数调控规律，填补了复合液滴碰撞研究的空白。
2024-12-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Viscous Dissipation, Helicity and Enstrophy of Bouncing Droplets undergoing Off-center Collision
采用具有两个标记函数的VOF方法，对等尺寸二元弹跳液滴的偏心碰撞过程进行了数值研究，并与已有的实验结果进行了对比验证.基于能量收支分析，发现了随碰撞参量变化的非单调动能恢复。这可以解释为延长的纠缠时间和增强的内部流引起的粘性耗散弹跳液滴在中间碰撞参量，与那些在较小或较大的碰撞参量。数值验证了这种非单调性的普遍性，并据此提出了一个近似拟合公式，将动能耗散因子与不同Weber数和Ohnesorge数下的碰撞参量关联起来。从涡动力学的角度来看，液滴内部流动的螺旋度分析确定了一个强大的三维之间的相互作用的“环形”旋涡和“线形”剪切层偏心碰撞。此外，我们从理论上证明和数值验证之间的等价性总拟能和总粘性耗散，适用于单相流动系统的固定边界，通常不满足两相流系统包含气液界面。这是由于不平衡的粘性应力所做的功，该不平衡的粘性应力是由与振荡界面的运动相关联的界面流动和涡量引起的。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Liquid distribution after head-on separation of two colliding immiscible liquid droplets
本文研究了两个不混溶液滴迎头碰撞分离后子液滴的三种液体分布类型，基于碰撞的径向延伸与弛豫两阶段推导出两个无量纲参数，其组合能准确预测液体分布类型且与实验和模拟结果高度吻合。
2023-07-11 physics.flu-dyn
A simple model for the outcomes of collisions between exhaled aerosol droplets and airborne particulate matter: Towards an understanding of the influence of air pollution on airborne viral transmission
与液滴-液滴相互作用的情况相反，缺乏根据碰撞后液滴体积的分布来预测液滴和颗粒之间的碰撞结果的模型。以现有的模型，成功地预测的结果（聚结，拉伸或反射分离）和分离后的特性（尺寸，数量和速度的液滴液滴碰撞和调整它们，以考虑到不可扩展的，不可变形的颗粒与不同的润湿性特性，提出了一个新的模型液滴颗粒碰撞。新模型的预测与实验观察的液滴-颗粒碰撞在低粘度制度。然后将该模型应用于呼吸、言语、咳嗽和打喷嚏产生的呼吸气溶胶与环境空气中颗粒物（PM）之间的碰撞，以评估这些相互作用对气溶胶中所含病原体（包括COVID-19）传播增强的潜在贡献。结果表明，在现实条件下，气溶胶-PM碰撞有可能使较小（因此更持久）气溶胶组分的病原体含量富集，并将病原体转移到可以深入呼吸道的PM颗粒表面。在更好地了解呼吸气溶胶的尺寸和速度分布的背景下，该模型可用于预测高环境PM水平可能导致病原体（如COVID-19）空气传播感染的程度。
2022-09-17 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Experiments and Direct Numerical Simulations of binary collisions of miscible liquid droplets with different viscosities
二元液滴碰撞在包括分散两相流的各种实际应用中是重要的。我们的研究背景是在喷雾过程中形成的颗粒产品的性能预测。为了更深入地了解喷雾内部的基本子过程，使用了二元液滴碰撞的实验和直接数值模拟。这些调查的目的是发展半分析描述液滴碰撞的结果。这样的碰撞模型，然后可以采用封闭条款的规模缩小的模拟。在目前的工作中，我们专注于不同液体的液滴的碰撞。当具有不同固体含量的液滴在回流区中碰撞时，这些类型的碰撞发生在每个喷雾干燥过程中。一种新的实验方法已经被开发出来，允许高空间和时间分辨记录通过激光诱导荧光。所提出的方法得到的结果将与DNS模拟进行比较。液滴的粘度不同，而界面张力和密度相同。液体是可混溶的，并且在两种液体之间没有表面张力作用。我们的目的是发现由液滴的粘度比引起的基本现象。
2012-10-23 cs.CE physics.flu-dyn
Collision fluctuations of lucky droplets with superdroplets
以前的研究表明，用于模拟碰撞合并过程的superdroplet算法可以忠实地表示湍流云中的平均液滴生长。但一个悬而未决的问题是，超级液滴算法如何准确地解释碰撞聚集过程中的波动。这种波动在稀悬浮液中特别重要。即使在没有湍流的情况下，在稀悬浮液中的碰撞时间的泊松波动也可能导致生长过程中的显著变化，从而导致生长时间的广泛分布以达到一定的液滴尺寸。我们量化的superdroplet算法在描述一个较大的液滴，在重力的作用下，在一个静止的流体和碰撞的较小的液滴，最初随机分布在空间（“幸运液滴模型”）的稀释悬浮液的波动增长的历史的准确性。我们评估了波动对幸运液滴生长历史的影响，并计算了累积碰撞次数的分布。后者被证明是足够敏感，以检测与多个幸运液滴之间的碰撞波动的微妙增加。超级液滴算法以两种不同的方式合并波动：通过超级液滴的随机空间发布和通过所涉及的蒙特卡罗碰撞算法。使用专门设计的数值实验，我们表明，这两个对自己的波动给出了准确的表示。我们的结论是superdroplet算法可以忠实地代表波动的重力驱动的液滴凝结。
2022-07-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Shear-Induced Droplet Breakup and Subsequent Coalescence of the Daughter Droplets
在这个流体动力学视频中，我们展示了简单剪切流中液滴破碎和碰撞的模拟。由于基于GPU的模拟的高分辨率，我们捕捉到从低毛细管数的聚结到较高值的滑动的过渡。
2012-10-13 physics.flu-dyn
Electric field effects on the collision efficiency of uncharged water droplets in a linear flow
本研究探讨线性压缩流中电场对不带电水滴碰撞效率的影响，发现电场强度、几何形状、非连续效应及范德华力共同决定碰撞效率。
2025-05-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A Volume of Fluid Method for Three Dimensional Direct Numerical Simulations of Immiscible Droplet Collisions
针对不互溶液滴碰撞三相界面重构难题，提出基于PLIC的改进VOF方法并优化CSS表面力模型，经FS3D实现验证与实验吻合，可获取实验难测数据并支撑相关建模。
2023-07-08 physics.flu-dyn
How Violent are the Collisions of Different Sized Droplets in a Turbulent Flow?
我们研究了二维和三维湍流中多分散液滴悬浮液中的典型碰撞速度，并获得了颗粒对碰撞速度与其相对尺寸的关系的精确理论估计。这些分析结果验证了我们的直接数值模拟的数据。我们发现，冲击速度的饱和指数与颗粒尺寸比的倒数。我们的研究结果是重要的合并或破碎（取决于影响速度）的模型，并将是至关重要的，例如，在获得精确的合并内核来描述水滴的增长，引发雨在温暖的云层。
2016-03-18 nlin.CD physics.flu-dyn
Pilot-Wave Dynamics: Using Dynamic Mode Decomposition to characterize Bifurcations, Routes to Chaos and Emergent Statistics
我们开发了一个数据驱动的表征的先导波流体动力学系统中，一个弹跳液滴自我推进沿表面的振动浴。我们考虑液滴运动在一个有限的一维几何形状，并应用{ \em动态模式分解}（DMD），以表征的波场的演变作为浴的振动加速度逐渐增加。DMD提供了一个回归框架，用于在时空数据的快照上自适应地学习最佳拟合线性动力学模型。波场的DMD表征产生了对弹跳液滴问题的新观点，该观点与量子力学的数学机制建立了有价值的新联系。此外，它提供了一个低秩表征的导频波物理的分岔结构。具体地说，分析表明，随着振动加速度的增加，先导波场经历了一系列的霍普夫分岔，最终导致一个混乱的波场。平均导频波场和液滴统计之间建立的关系，使我们能够表征的紧急统计的演变与增加的振动迫使从导频波场的演变。因此，我们开发了一个数值框架，其基本结构与量子力学相同，特别是预测粒子统计的波动理论。
2022-10-13 math.DS nlin.PS physics.flu-dyn
Optical manipulation for studies of collisional dynamics of micron-sized droplets under gravity
提出了一种新的实验技术，用于产生和成像微米级液滴在重力作用下沉降的碰撞。一对甘油液滴通过两个光阱悬浮在空气中。液滴相对速度由液滴尺寸决定。通过使用两个光阱定位液滴来精确控制碰撞参量。通过使用电光光调制器关闭捕获光来释放液滴。沉降液滴的运动然后由两个同步的高速相机以高达63 kHz的帧速率捕获。该方法允许液滴碰撞的直接成像，而不受捕获力施加的光学限制的影响。该方法将有助于有效地研究中性以及带电液滴的微观物理及其与光、电场和热力学环境（如温度或蒸气浓度）的相互作用。
2017-03-31 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.optics
Alignment and scattering of colliding active droplets
活性液滴在其表面释放化学溶质，改变其局部界面张力。他们利用溶质的对流输运的非线性耦合产生的Marangoni流自我推进。这种游泳液滴本质上是抗趋化性的，并且被它们自己的化学尾迹或它们的邻居排斥。反弹动力学导致成对液滴相互作用最近进行了详细分析，纯粹的头上碰撞使用一个特定的双球面的方法。在这里，我们扩展了这种分析，并提出了一个简化的模型，一个通用的碰撞来验证倾斜液滴碰撞的对齐和散射特性及其对集体液滴动力学的潜在影响。当液滴直接相互作用时，对于对称碰撞观察到液滴的轨迹的系统对准，并且在碰撞期间液滴的化学尾流的有限时间重排引起。对于更一般的碰撞，观察到复杂和多样的动力学制度，无论是液滴直接相互作用或通过其化学尾流，导致显着的散射。
2020-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Collision efficiency of droplets across diffusive, electrostatic and inertial regimes
本文使用开源 Monte-Carlo 代码定量研究了 Brownian 扩散、静电和重力对液滴碰撞的影响，发现在 $1-10~{\ m μm}$ 尺度存在惯性与扩散均不显著的碰撞率空白，此时偶极-偶极静电相互作用成为控制碰撞效率的主要机制。
2024-02-15 physics.flu-dyn
Droplet encapsulating bubble: Investigation of droplet spreading dynamics and bubble encapsulation time
School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology（伊朗理工大学机械工程学院）；Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside（加州大学河滨分校机械工程系）
研究通过模拟和实验揭示了液滴与气泡碰撞封装过程中粘度和扩展系数对封装时间的影响，揭示了不同Bond数下的动态行为及封装机制。
2025-05-23 physics.flu-dyn
Intermittency acceleration of water droplet population dynamics inside the interfacial layer between cloudy and clear air environments
我们使用直接的数值模拟来研究湍流层上的扰动的时间演化，湍流层通常将云与周围的晴朗空气分开。穿过这个无剪切层，自然形成湍流动能梯度。在这里，一个有限的扰动形式的局部初始温度波动被施加到模拟的流体动力学不稳定性内的背景湍流气流。然后求解了两种完全相反类型的液滴总体分布的数值初值问题。具体地，我们考虑半径为15 $μ$ m的单分散液滴群体和半径在0.6 - 30 $μ$ m范围内的多分散分布。对于这两种分布，据观察，蒸发和冷凝有一个显着不同的重量内的均匀的多云区域和界面各向异性混合区域。据观察，液滴碰撞的动力学是高度影响的主机区域的湍流结构。这两个群体在其能量衰减瞬变过程中表现出一个共同的方面。也就是说，界面层中碰撞的概率增加，界面层中存在强烈的各向异性速度波动。事实上，该层引起液滴动能和尺寸的增强的差异。多分散和单分散初始颗粒分布都含有$10^7$液滴，与初始液态水含量$0.8 g/m^3$匹配。给出了粒子数平衡方程中几何碰撞的湍流碰撞核的估计。本文对在云界面区得到的两个非定常非遍历碰撞核的结构作了初步讨论。
2021-01-25 physics.flu-dyn
Rarefaction effects in head-on collision of two identical droplets
基于BGK Boltzmann方程研究了两个相同液滴的正面碰撞。使用不同精度的高斯-厄米求积来求解动力学方程，从而可以比较连续（在Navier-Stokes阶截断的解）和非连续（稀薄气体动力学）解。当动力学方程得到足够的精确解时，液桥形成过程中垂直速度（碰撞方向为水平方向）、粘性应力分量和液滴形态都发生了显著变化，说明了稀薄效应的重要性和纳维-斯托克斯方程的失效。稀薄效应改变了液滴表面附近流线的拓扑结构，抑制了液滴内部的高涡量集中，促进了液滴外表面附近的涡量扩散。确定了自由能和动能之间局部能量转换的两种物理机制，即总压力-膨胀耦合效应以及密度梯度和应变率张量之间的相互作用。能量转换分析表明，稀薄效应可以促进自由能向动能的转化，促进液滴间气膜沿垂直方向的释放，从而促进液滴的聚并.
2022-05-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bouncing, chasing or pausing: asymmetric collisions of active droplets
化学活性液滴呈现复杂的回避轨迹。虽然不均匀性在活性物质实验中是不可避免的，但在他们的建模中大多被忽视。利用其几何简单性，我们完全解决了两个不同半径的游泳液滴的正面碰撞，并证明即使是很小的对比度的大小也会严重影响它们的碰撞和随后的动力学。我们确定了三个根本不同的制度。由此产生的成对碰撞的高灵敏度预计将深刻影响他们的集体动力学。
2020-02-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Study of bifurcation in coalscence of bubbles using front-tracking method
多相流在生物、化工和动力过程等重要领域有着广泛的应用。气泡聚并在多相流体流动模拟中具有重要意义。韦伯数（$W_e$）、雷诺数（Re）和碰撞参数对气泡的聚并起着重要的作用。本文采用波前跟踪法模拟气泡聚并过程。此外，还讨论了不同碰撞参数下气泡聚并过程的变化
2021-02-24 physics.flu-dyn
Data-driven Learning of Probabilistic Model of Binary Droplet Collision for Spray Simulation
Department of Mechanical Engineering, City University of Hong Kong（香港城市大学机械工程系）；Shenzhen Research Institute, City University of Hong Kong（香港城市大学深圳研究院）
本文提出基于机器学习的二元液滴碰撞概率模型，通过实验数据训练实现高精度非线性边界识别与过渡区敏感性保留，为喷雾模拟提供物理一致的解决方案。
2026-04-15 cs.LG physics.flu-dyn
Lagrangian tracking of colliding droplets
我们介绍了一种新的拉格朗日粒子跟踪算法，跟踪粒子在三维接近接触的轨迹之间的分离。该算法还检测低韦伯数二进制碰撞，导致聚结以及液滴破裂。通过找到一组描述每个物体边缘的圆圈，在二维高分辨率数字图像中识别颗粒。这允许识别在投影中重叠超过80%的粒子，即使对于噪声图像也是如此，并且无需调用额外的时间数据。该算法通过最小化惩罚函数来从三维粒子坐标构建轨迹，该惩罚函数是使用来自四个时刻的信息的与预期粒子坐标的偏差的加权和。这种新的混合算法对合成数据进行了验证，并发现完美地再现更多的轨迹比其他常用的方法。对于平均移动距离小于其最近邻距离十分之一的粒子，碰撞检测的准确率为95%。
2020-06-12 physics.flu-dyn
New Approaches for the Interface Reconstruction and Surface Force Computation for Volume of Fluid Simulations of Droplet Interaction of Immiscible Liquids
针对不相溶液体液滴碰撞，提出VOF方法的高效界面重构和增强CSS表面力计算模型，模拟结果在形态和机制边界上与实验高度一致。
2021-04-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Collision of elastic drop with thin cylinder
研究了水和弹性液滴与圆柱（螺纹）的碰撞问题。液滴飞行轨迹与圆柱轴线相互垂直。注意力集中在水滴和弹性流体的水滴之间的碰撞的差异。在实验中，液滴直径为3 mm，水平不锈钢圆柱体的直径为0.4和0.8 mm。液滴是通过将液体缓慢泵送通过外径为0.8 mm的垂直不锈钢毛细管形成的，液滴在重力作用下从毛细管中周期性地脱离。碰撞前的液滴速度由毛细管切口和目标（圆柱体）之间的距离定义;在实验中，该距离约为5、10和20 mm。撞击前的液滴速度估计在0.2-0.5 m/s的范围内。碰撞过程通过帧速率为240和960 Hz的高速视频记录方法进行监测。测试液体是水和分子量为1100万且浓度为100和1000 ppm的聚丙烯酰胺（PAM-100和PAM-1 k）的水溶液。实验表明，根据液滴冲击高度和聚合物浓度，液滴与薄圆柱体碰撞的不同情况是可能的：液滴从障碍物的短期反冲，液滴在保持液滴连续性的同时围绕圆柱形障碍物流动，液滴分裂成两个次级液滴，其中一个可以继续飞行，另一个被圆柱体捕获，或者两个次级液滴继续飞行，液滴也可以被圆筒捕获，直到下一个液滴的冲击迫使积聚的液滴从圆筒分离。数值模拟令人满意地再现了实验中观察到的现象。
2021-06-09 physics.flu-dyn
Probabilistic Symbolic-Distillation Model of Droplet Collision for Spray Simulation at High Ambient Pressures
City University of Hong Kong（香港城市大学）；Shenzhen Research Institute, City University of Hong Kong（香港城市大学深圳研究院）
针对现有液滴碰撞模型边界确定性的局限，提出基于近四万实验数据的概率符号蒸馏模型，以模糊边界替代突变切换，并优于传统解析模型。
2026-09-30 cs.LG physics.flu-dyn
Understanding droplet collisions through a model flow: Insights from a Burgers vortex
我们调查的作用，强烈的旋涡结构，类似于那些在湍流，在增强碰撞（和聚结），导致在颗粒负载流的大聚集体的形成。通过使用Burgers涡模型，我们表明，特别是，涡拉伸显着增强空间粒子密度的急剧不均匀性，有关的快速喷射的粒子从强烈的漩涡。此外，我们的工作表明，这样的空间聚类导致碰撞率和碰撞速度的极端统计的增强。我们还研究了多分散悬浮液在这种增强中的作用。我们的工作揭示了一个重要的原则，{如果对现实的湍流有效，可能是一个因素}如何小核水滴在温暖的云可以聚集到足够大的大小，引发降雨。
2019-06-26 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Towards DNS of Droplet-Jet Collisions of Immiscible Liquids with FS3D
空气中微流控技术成为一种新的技术生产工艺方法，以前在微通道中进行超高通量。直接数值模拟（DNS）为多相流的基本理解和以后的应用设计提供了有价值的贡献。本章提出了一个可行性研究与第一DNS结果的液滴射流碰撞的不混溶液体使用内部软件自由曲面3D（FS 3D）。使用与Baumgartner等人[1]的实验相当的设置研究了两种情况，其中甘油溶液的液滴链撞击封装液滴的硅油射流。从实验的二维图像中观察到的液滴形状比可理解的要复杂得多。因此，DNS与FS 3D可以提供额外的信息，如表面积或速度的贡献，以便找到这种碰撞过程的分析模型在未来。这种日益复杂的复杂系统的模拟需要不断改进的数值求解器的代码的性能。因此，多重网格求解器中的红黑高斯-赛德尔平滑器、用于计算粘性力的迭代红黑方案以及动量平流方法都通过缓存和内存使用优化得到了增强。一个代表性的测试用例获得了高达33%的整体性能增益。
2022-12-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Machine learning models for prediction of droplet collision outcomes
预测液滴碰撞的结果是被广泛研究的现象，但是当前用于预测结果的基于物理学的模型很差（准确性$\approx 43\%$）。这些模型的主要弱点是其有限的复杂性。他们只占3个功能，而有更多的相关功能，去不明。传统模型的这种局限性可以通过对问题的机器学习建模来轻松克服。在ML设置中，这个问题直接转化为4类分类问题。在这里，我们编译了一个大的标签数据集，并在这个数据集上调整不同的ML分类器。我们评估的分类器的准确性和鲁棒性。ML分类器的准确率超过90%，显著优于基于物理的模型。我们在本文中试图回答的另一个关键问题是，是否可以利用基于物理模型的现有知识来提高ML分类器的准确性。我们发现，虽然这种知识可以稍微提高小数据集的准确性，但如果使用较大的数据集来训练模型，它不会提高准确性。
2021-10-01 cs.LG physics.flu-dyn
Collisions and rebounds of chemically-active droplets
活性液滴游动是由于它们消耗或释放的化学物质的分布与它们的非均匀表面分布所产生的马兰戈尼流的非线性平流耦合的结果。大多数现有的模型集中在无界流体中的单个液滴的自推进上，当扩散足够慢时（即，超过临界Péclet数，$\mbox{Pe}_c$），这会出现。尽管它的实验相关性，耦合动力学的多个液滴和/或碰撞的墙壁仍然大多未被探索。采用一种基于移动拟合双球面网格的新方法，求解了化学溶质和流场的全耦合非线性动力学，详细描述了活性液滴与刚性壁面（或与第二液滴）的轴对称碰撞。动力学是惊人的不同取决于对流扩散传输比，$\mbox{Pe}$：接近自推进阈值（中度$\mbox{Pe}$），回弹动力学由化学相互作用设定，并且通过渐近分析很好地捕获;相反，对于较大的$\mbox{Pe}$，流体动力学和化学效应的复杂和非线性组合设定详细的动力学，包括更接近壁和在液滴反弹后不久的速度平台。回弹特性，即最小距离和持续时间，最后根据$\mbox{Pe}$完全表征。
2019-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
State space geometry of the chaotic pilot-wave hydrodynamics
我们考虑在中心势存在下，液滴在同一流体的振动浴上弹跳的运动。我们制定了一个旋转简化描述这个系统，它允许直接应用动力系统理论工具。作为一个例子的效用的对称性减少，我们将其应用到一个模型的导频波系统的中心谐波力。我们开始我们的分析，确定本地分叉和混沌的发病。然后，我们描述了混沌区域的出现和合并分叉，导致形成一个全球吸引子。在该最终状态中，液滴的角动量自发地改变其符号，如在Perrard等人的实验（Phys.Rev.Lett.，113（10）：104101，2014）。
2018-12-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Droplet Breakup Against an Isolated Obstacle
Emory University（埃默里大学）
研究通过实验和模拟揭示了液滴与障碍物碰撞时破裂的条件，定义了破裂数Bk与毛细数的关系，并发现破裂概率随对称性变化而变化。
2026-02-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Post collision hydrodynamics of droplets on cylindrical bodies of variant convexity and wettability
对水滴撞击凸圆柱表面后的形态和动力学进行了实验研究。液滴冲击和冲击后的功能进行了研究，在亲水性和超疏水性的圆柱表面。研究了冲击韦伯数和靶滴直径比的影响。冲击后的流体动力学已被量化使用的润湿分数，扩展因子和无量纲膜厚度在北极的目标。观察结果表明，润湿分数和扩展因子的影响，我们的增加和减少的目标下降直径比增加。相反的趋势是在目标北极无量纲膜厚度。它还推导出的扩展因子是独立的目标润湿性。还观察到铺展后的薄片动力学是润湿性、冲击We和直径比的强函数。导出了圆柱靶北极处膜厚随时间变化的解析表达式。另一个基于能量守恒的理论模型预测的最大润湿分数为变量的圆柱形目标的控制We和毛细管数和实验测量与理论预测吻合得很好。
2018-09-23 physics.app-ph physics.flu-dyn
Electrohydrodynamics of dielectric droplet collision with variant wettability surfaces
本文通过实验与半解析模型研究介电液滴在电场中撞击超疏水及亲水表面的动力学，揭示回弹抑制、各向异性回缩、指状失稳与最大铺展规律。
2020-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of equilibration and collisions in ultradilute quantum droplets
利用含时密度泛函理论研究了由$^{39}$ K- $^{39}$ K玻色混合物组成的量子液滴的动力学平衡和二元迎头碰撞.碰撞结果的相空间进行了广泛的探索，通过执行全三维计算与有效的单组分QMC为基础的和两个组件的LHY校正的平均场泛函。我们详尽地探讨了重要的影响-没有考虑在以前的研究-初始人口比偏离最佳平均场值$N_2/N_1 = \sqrt{a_{11} / a_{22}}$。初始浓度比非最佳的静态和动态计算均与实验结果吻合良好。计算包括三体损失只作用于$\left|F, m_{F}\right\rangle=|1,0\rangle$状态显示出显着的差异与三体项作用于总密度。
2021-04-19 cond-mat.quant-gas nucl-th physics.comp-ph
Pathways from nucleation to raindrops
本研究发现雨滴形成主要由3-30 μm低效碰撞间隙控制，而非重力或热扩散，并提出了合并、混合、静电和湍流四条降雨路径及降雨启动时间的交叉点判据。
2024-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct Lagrangian tracking simulation of droplet growth in vertically-developing turbulent cloud
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Institute of Integrated Research, Institute of Science Tokyo（东京科学大学综合研究本部）
本文基于直接数值模拟与拉格朗日粒子跟踪开发了新的云微物理模型，研究湍流对液滴生长的影响，揭示了湍流促进碰撞合并及降水形成的作用。
2026-04-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Analysis of Drop Collisions
本文围绕液滴合并与弹开的物理机制争议，梳理薄气膜影响液滴行为的研究进展，针对液滴正碰和液滴撞固体表面两类问题，分析传统流体力学描述的缺陷并介绍相关候选补充机制。
2023-12-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Rapid growth of cloud droplets by turbulence
假设完美的碰撞效率，我们证明，湍流可以启动和维持非常小的水滴在空气中的快速增长，即使当这些液滴太小，集群，甚至没有考虑到重力和小规模的不稳定性。这是因为即使忽略小尺度不稳定性，湍流场中相同液滴的局部Stokes数的范围也足够宽。这一演示给出的湍流是一个数量级的强度比典型的暖云，但与体积分数，即使小，但大到足以估计先验的碰撞频率是10倍以上的暖云。然而，在这些条件下的增长时间原来是一个数量级小于温暖的云。
2011-11-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
