Leidenfrost droplets: The roles of ambient humidity and internal droplet circulation
University of Twente（特温特大学）；Max-Planck Center Twente for Complex Fluid Dynamics（马普中心特温特复杂流体力学）；J.M. Burgers Centre for Fluid Dynamics（J.M. 伯格斯流体力学中心）；University of Houston（休斯顿大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马普动力学与自组织研究所）
本文通过数值模拟研究莱顿弗罗斯特液滴，发现环境湿度与液滴内部流动影响其形态和干燥动力学，指出轴对称模型模拟大液滴的偏差源于非现实约束，为完善相关模型提供了依据。
2026-08-04 physics.flu-dyn
Capillary droplets on Leidenfrost micro-ratchets
莱顿弗罗斯特棘轮是当加热超过莱顿弗罗斯特临界温度时具有输送液滴能力的结构。一旦达到该温度，液滴悬浮在表面上，并以约10 cm/s的终极速度沿棘轮斜率标记的方向移动。在这里，我们提供了新的实验与微米级棘轮，这已产生皮秒脉冲激光烧蚀。在接下来的工作中，我们使用一种简单的方法来测量微棘轮上毛细尺寸的液滴的推力。最近一直在讨论过热棘轮上的力作用在液滴上的机制。我们扩展了最近提出的'粘性机制'提出的Dupeaux等人。信件：96，58001（2011）]，并发现与我们的测量结果良好一致。
2012-10-17 physics.flu-dyn
Two dimensional Leidenfrost Droplets in a Hele Shaw Cell
我们从实验和理论上研究了Leidenfrost液滴在Hele-Shaw池中的行为。由于两个表面的限制，液滴具有扁平圆盘的形状，并且通过两个蒸发蒸汽层与表面热隔离。蒸发速率的分析，使用简单的缩放参数是与实验结果一致。使用润滑近似，我们数值确定的液滴的形状作为其半径的函数。当半径达到某一临界值时，液滴宽度在中心处趋于零。这一预测得到了实验的证实，直接观察突然过渡从一个扁平盘到一个扩大环面。低于此临界尺寸，液滴也显示毛细方位角振荡模式，让人想起流体动力学不稳定性。
2013-11-18 physics.flu-dyn
Delay of Leidenfrost point during drop impact of surfactant solutions
本文提出了一种通过向水滴中同时加入阴离子表面活性剂（SDS）和阳离子表面活性剂（CTAB）来提高动态莱顿弗罗斯特温度的新方法。我们专注于了解液滴影响表面活性剂溶液的莱顿弗罗斯特行为的流体力学和热方面，并旨在延迟莱顿弗罗斯特制度的发病。实验研究了Weber数（We）、Ohnesorge数（Oh）和表面活性剂浓度对动态Leidenfrost温度的影响。在一定的撞击速度下，随着表面活性剂浓度的增加，撞击速度增加。在表面活性剂浓度一定的条件下，所有表面活性剂液滴的冲击速度均随冲击速度的增加而减小。我们提出了一个缩放关系，在我们和哦。在远高于的温度（~ 400摄氏度）下，液滴表现出类似蹦床的动力学或中心喷射形成，与破碎相关，具体取决于冲击速度。最后，不同的沸腾制度，如过渡沸腾，Leidenfrost效应，蹦床和爆炸行为的制度图作为函数的影响我们和基板温度（Ts）。这些发现可能对高温下运行的热管理系统具有重要意义
2021-10-07 physics.flu-dyn
Fast & Scalded: Capillary Leidenfrost Droplets in micro-Ratches
在这个提交给第31届流体运动画廊的流体动力学视频中，（在这里找到不同的版本http：//youtu.be/CS0c05WQ_js），我们说明了毛细管自推进莱顿弗罗斯特液滴在微米棘轮中的特殊动力学。为了能够推进尺寸为1 mm量级的水滴，使用皮秒脉冲激光源通过直接材料去除来产生微棘轮。利用皮秒激光脉冲的表面微图案化允许在各种衬底上产生良好控制的形貌，分辨率通常在微米范围内。更多的信息可以在参考文献中找到。
2013-10-22 physics.flu-dyn
Modulating Leidenfrost-like Prompt Jumping of Sessile Droplets on Microstructured Surfaces NPformat
本文报道在微柱表面上于130°C低温下实现水微滴的类莱顿弗罗斯特瞬跳，通过调控柱高改变热边界层厚度，实现两种气泡生长模式下的可控跳跃，为快速除污提供新策略。
2024-05-25 physics.flu-dyn
Room temperature water Leidenfrost droplets
我们实验研究的莱顿弗罗斯特效应的压力范围从1到0.05大气压。作为水的Clausius-Clapeyron相图的直接结果，液滴温度可以在不复杂的实验室环境中处于环境温度。此外，莱顿弗罗斯特液滴的寿命在这种低压环境中显著增加。对最近提出的模型的蒸发速率的温度和压力的依赖性进行了成功的测试。这些结果可能为实现有效的Leidenfrost微流体和毫流体应用铺平道路。
2013-08-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Leidenfrost explosions
我们提出了一个流体动力学的视频显示的莱顿弗罗斯特液滴的行为组成的水和表面活性剂（SDS，十二烷基硫酸钠）的混合物。当液滴被释放在加热到给定温度以上的板上时，一薄层蒸汽将液滴与板隔离。液滴悬浮在平板上。这就是所谓的莱顿弗罗斯特效应。在这项工作中，我们研究了表面活性剂的加入对莱顿弗罗斯特现象的影响。随着液滴蒸发，SDS的浓度上升到超过临界胶束浓度（CMC）两个数量级。观察到一种意想不到的剧烈爆炸行为。视频展示了用高速摄像机（IDT-N4，30000 fps）拍摄的几次爆炸。所有呈现的实验均在300°C下加热的板上进行。另一方面，以两种方式调节SDS的初始量：（i）通过改变SDS的初始浓度和（ii）通过改变液滴的初始尺寸。通过测量爆炸前液滴的体积，我们能够估计SDS的最终浓度。我们发现爆炸总是发生在临界浓度附近，大约是CMC的100倍。在爆炸前也研究了液滴。通过在爆炸前在冷板上分离液滴，我们证明了围绕液体核心的外壳的存在。我们的结论是，超过一个临界浓度的固体壳形成。这导致进入液滴的压力增加，直到壳破裂。压力的释放伴随着剧烈的爆炸，在某些情况下甚至会产生泡沫。
2012-10-13 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann modeling of self-propelled Leidenfrost droplets on ratchet surfaces
本文采用考虑液-汽相变的热多相格子Boltzmann模型，对莱顿弗罗斯特液滴在棘轮表面上的自推进运动进行了数值研究。通过D2定律验证了模型对蒸发的模拟能力。利用该模型，我们首先研究了莱顿弗罗斯特液滴在水平棘轮表面上的性能。数值计算表明，自推进的莱顿弗罗斯特液滴在棘轮表面上的运动是由于棘轮的不对称性和液滴下方的蒸汽流动。发现Leidenfrost液滴从棘齿峰向缓慢倾斜侧的方向移动，这与实验中液滴运动的方向一致[Linke et al.，物理学评论快报，2006，96，154502]。此外，棘轮的纵横比的影响进行了研究。对于所考虑的棘齿表面，一个临界值的棘齿的纵横比近似找到，这对应于最大的液滴移动速度。此外，还研究了莱顿弗罗斯特液滴在倾斜棘齿表面上的爬坡过程。数值结果表明，莱顿弗罗斯特液滴仍能成功上坡的最大倾角受液滴初始半径的影响。
2015-10-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamics of thermal and wetting footprint of a volatile droplet during Leidenfrost transition
挥发性液滴悬浮在高度过热的表面上被称为莱顿弗罗斯特效应。在从室温下液滴完全润湿表面到莱顿弗罗斯特弹跳的过渡期间的润湿状态，即，在高过热时的零润湿还没有完全理解。在这里，在莱顿弗罗斯特过渡态液滴的热和润湿足迹的可视化使用两种光学技术：中红外热成像和润湿敏感的全内反射成像仔细选择的实验条件下，冲击韦伯数< 10和液滴直径<毛细管长度，使用铟锡氧化物涂层蓝宝石加热器。实验制度的目的是创造相对稳定的液滴动力学，振荡和毛细管不稳定性的影响最小化。在莱顿弗罗斯特过渡态（温度范围为82 K-97 K）的乙醇液滴的热成像显示热足迹与由较冷的外围包围的中心热区，指示在莱顿弗罗斯特过渡期间的部分润湿状态。高速全内反射成像也证实了部分润湿足迹，使得在中心非润湿区周围存在润湿区域。本文使用乙醇作为测试流体的结果揭示了莱顿弗罗斯特过渡态中挥发性液滴足迹的几何形状和动力学。
2021-05-19 physics.app-ph physics.flu-dyn
Effect of an electric field on a Leidenfrost droplet
我们实验研究了莱顿弗罗斯特液滴和加热基板之间施加的电场的效果，它是悬浮。我们量化的电Leidenfrost效应通过成像的液体-蒸汽和蒸汽基板界面之间的干涉条纹。电压的增加引起蒸汽层厚度的减小。在某一临界电压以上，莱顿弗罗斯特效应被抑制，液滴开始沸腾。我们的研究的特点是这种方式来控制和/或避免莱顿弗罗斯特效应，这是不可取的，在许多领域，如冶金或核反应堆安全。
2012-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boiling regimes of impacting drops on a heated substrate under reduced pressure
我们实验研究了在P = 0.13巴到大气压的压力范围内，乙醇液滴在加热的光滑蓝宝石衬底上的沸腾行为。我们采用受抑全内反射（FTIR）成像来研究液滴和基底之间接触的润湿动力学。扩散的液滴可以完全接触（接触沸腾），也可以部分接触（过渡沸腾），或者液滴可以完全悬浮（莱顿弗罗斯特沸腾）。我们发现，接触和过渡沸腾之间的边界的温度最多表现出一个弱的影响速度的依赖性，但随着环境气体压力的降低显着减少。对于所有压力，该边界的温度与静态莱顿弗罗斯特温度之间存在惊人的对应关系。因此，我们的结论是，这两种现象有着相同的机制，并由发生在接触线的动态。另一方面，过渡沸腾和Leidenfrost沸腾之间的边界，即动态Leidenfrost温度，增加的冲击速度为所有的环境气体压力。此外，动态莱顿弗罗斯特温度与P = 0.13和P = 0.54巴之间的压力一致，而对于大气压力，动态莱顿弗罗斯特温度略有升高。这表明动态莱顿弗罗斯特温度最多是微弱地依赖于由液体的较低饱和温度引起的增强的蒸发。
2017-10-03 physics.flu-dyn
Take-off of small Leidenfrost droplets
我们把证据的莱顿弗罗斯特液滴在其蒸发的后期阶段的意想不到的行为。我们预测并观察到，低于一个临界尺寸$R_l$，液滴自发起飞，由于故障的润滑制度。建立了液滴半径与高度的理论关系。我们预测，蒸汽层厚度增加时，液滴变得更小。一个令人满意的协议之间的模型和实验结果进行水滴和乙醇。
2012-06-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental and model-assisted analysis of lamella thinning and breakup in diesel-surrogate fuel-droplet wall impingement under Leidenfrost conditions
Clemson University（克莱姆森大学）
研究正十六烷单液滴在300 - 500°C、韦伯数5.77 - 208.61的加热不锈钢壁面上的铺展与破碎，通过高速背光图像实验并结合层流 - 边缘模型分析，结果表明模型推断的层流厚度能补充传统状态图，为破碎时间提供局部状态信息。
2026-07-22 physics.flu-dyn
Dynamic Leidenfrost effect: relevant time- and length-scales
当液滴撞击热的固体表面时，可以在其下产生足够的蒸汽以防止其与固体接触。这种所谓的莱顿弗罗斯特效应发生的最低固体温度被称为莱顿弗罗斯特温度，或者当液滴速度不可忽略时的动态莱顿弗罗斯特温度。我们观察润湿/干燥和悬浮动力学的液滴冲击（等温）光滑的蓝宝石表面，使用高速全内反射成像，这使我们能够观察到的液滴基地约100纳米以上的基板表面。通过这种方法，我们能够揭示的过程负责之间的过渡制度的完全润湿和完全悬浮的液滴作为固体温度的增加，从而脱落光的特征时间和长度尺度设置的动态莱顿弗罗斯特温度液滴的影响在等温基板上。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Leidenfrost temperature increase for impacting droplets on carbon-nanofiber surfaces
冲击在过热表面上的液滴可以表现出接触沸腾状态，在接触沸腾状态下，液滴与表面直接接触并剧烈沸腾，或者表现出膜沸腾状态，在膜沸腾状态下，液滴通过其自身的蒸汽与表面保持分离。从接触到薄膜沸腾状态的转变不仅取决于表面的温度和液滴的动能，而且还取决于在表面上制造的结构的尺寸。在这里，我们的实验表明，覆盖有碳纳米纤维的表面延迟过渡到膜沸腾到更高的温度相比，光滑的表面。我们提出的物理参数表明，由于小规模的碳纤维，它们被冷却的蒸汽流之前的液体的影响，从而允许接触沸腾到更高的温度比光滑的表面。我们还表明，只要是在膜沸腾制度的影响，影响液滴的扩展因子遵循相同的$\We^{3/10}$缩放（与$\We$的韦伯数）发现光滑的表面，这是由液滴下面的蒸汽流。
2013-09-03 physics.flu-dyn
Liquid marbles as thermally robust droplets: coating-assisted Leidenfrost-like effect
莱顿弗罗斯特效应--过热表面上液滴蒸发时间延长--只有当表面温度高于某一过渡值时才会发生。在这里，我们展示了特殊设计的液滴-液体弹珠-可以在任何过热温度下（在我们的实验中测试高达465 oC）表现出类似的效果，而不会发生转变。这种现象很可能是由于液体弹珠是涂有微粒的液滴，这些微粒有助于悬浮液体核心并在液体和过热表面之间保持绝缘层。
2012-07-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On explosive boiling of a multicomponent Leidenfrost drop
多组分燃料滴的气化在各种能源相关技术中是相关的。与此过程相关的一个有趣的现象是液滴的自诱导爆炸，产生大量较小的二次液滴，这促进了整体燃料雾化，因此提高了燃烧效率并减少了液体燃料发动机的排放。在这里，我们研究了一个独特的爆炸性气化过程的三组分液滴组成的水，乙醇和油（“茴香酒”），通过高速监测整个气化事件发生在控制良好，悬浮莱顿弗罗斯特状态过热板。据观察，最易挥发的组分，乙醇的优先蒸发，触发成核的油微滴/纳米滴在剩余的下降，这，因此，成为一个不透明的水包油微乳液。微小的油滴随后聚结成一个大的油滴，反过来又包裹住残余的水。由于包封的油层，液滴不能再产生足够的蒸汽使其悬浮，因此，液滴下落并接触过热的表面。直接的热接触导致液滴内部形成蒸汽泡，并因此在最后阶段液滴爆炸。
2021-01-28 physics.flu-dyn
Leidenfrost drops on a heated liquid pool
我们表明，一个挥发性的液体滴放置在一个非挥发性的液体池的表面比沸点的下降可以经历一个莱顿弗罗斯特效应，即使是消失的小过热。这样的观察点的基板粗糙度的重要性，在这里考虑的情况下可以忽略不计，在确定的阈值莱顿弗罗斯特温度。为了使实验数据合理化，开发了基于Sobac等人[Phys.Rev.E90，053011（2014）]提出的理论模型。分析了液滴和基底的形状。该模型特别提供了蒸汽膜厚度的定标。对于小液滴，这些结垢似乎与固体基底上的莱顿弗罗斯特液滴的情况相同。对于大滴，相反，它们是不同的，没有证据表明烟囱形成已观察到无论是实验上还是理论上在本研究中考虑的液滴大小的范围内。关于蒸发动力学，半径随时间线性减小，无论滴的大小，这不同于固体基板上的莱顿弗罗斯特下降的情况。对于高过热度，液滴的特征寿命与过热度的关系遵循从模型导出的标度律，但在低过热度时，它偏离了这个标度，而是饱和。
2016-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Small Leidenfrost droplet dynamics
本文研究过热基底上数十微米以下 Leidenfrost 液滴的蒸发与悬浮动力学，通过渐近分析、数值拟合和 ODE 模型解释起飞偏差及有限高度消失规律。
2024-09-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Reemergence of Trampolining in a Leidenfrost Droplet
本文研究了无约束莱顿弗罗斯特液滴中自发蹦床行为的再现现象，揭示其由液-汽界面的次谐波与谐波激发及蒸发导致的固有频率变化驱动，且该共振机制具有普遍性。
2024-08-27 physics.app-ph physics.flu-dyn
Suppressed Leidenfrost phenomenon during impact of elastic fluid droplets
本文重点介绍了非牛顿（弹性）效应的液滴的影响现象的温度大大高于沸点，特别是在或以上的莱顿弗罗斯特制度的作用。雷登弗罗斯特点（LFP）被发现减少与增加的影响韦伯数（基于速度之前的影响）为固定的聚合物（聚丙烯酰胺，PAAM）的浓度。水滴在非常低的韦伯数（~22）下碎裂，而聚合物液滴在高得多的韦伯数（~155）下抵抗碎裂。我们还改变了聚合物浓度，并观察到直到1000 ppm，LFP与水相比更高。这意味着通过使用弹性流体可以延迟效果。我们已经证明了在回缩过程中弹性效应（表现为形成持久的细丝）在改善LFP中的可能作用。然而，对于1500 ppm，LFP低于水，但在初始冲击期间具有相似的停留时间。此外，我们还研究了韦伯数和粘弹性效应对405 ℃下回弹行为的影响。我们观察到，临界韦伯数，直到液滴抵抗破碎在405 ° C与聚合物浓度增加。此外，对于一个固定的韦伯数，液滴的反弹高度和悬停时间增加到500 ppm，然后下降。类似地，对于固定的聚合物浓度，如1000和1500 ppm，回弹高度显示出增加的趋势，达到一定的韦伯数，然后下降。反弹高度的这种非单调行为归因于在悬停阶段期间观察到的反弹动能向旋转能的转移。
2020-05-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The magneto-Leidenfrost effect in ferrofluid droplets
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
研究磁场对铁磁流体液滴动态莱顿弗罗斯特效应的影响，发现磁场可诱导液滴在低于零场莱顿弗罗斯特温度下反弹，提出磁-莱顿弗罗斯特效应的理论框架。
2026-06-17 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.pop-ph
Geometry of the vapor layer under a Leidenfrost hydrogel sphere
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Institute of Physics, Univ. Amsterdam（阿姆斯特丹大学物理研究所）；TCM Group, Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室理论凝聚态物理组）
研究揭示了莱因弗罗斯特水凝胶球下方蒸汽层的几何特性，发现蒸汽蒸发在塑造其下表面中起关键作用，拓展了蒸汽压力与弹性力相互作用的理解。
2026-02-23 physics.flu-dyn
Universal mapping of drop impact spreading from wetting to Leidenfrost regimes
Institute of Thermal Science and Power Systems, School of Energy Engineering, Zhejiang University（浙江大学能源工程学院热科学和动力系统工程研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University（普林斯顿大学机械与航空航天工程系）；State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University（浙江大学清洁能源利用国家重点实验室）
本文从能量耗散角度建立润湿与莱顿弗罗斯特状态下液滴最大铺展的普适映射，经实验与数值模拟验证，为预测和控制液滴撞击提供简便途径。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Non-wetting drops at liquid interfaces: From liquid marbles to Leidenfrost drops
我们考虑浮动的变形，非润湿液滴的液体界面。我们考虑了液体界面和液滴本身在浮力、密度差和系统内各种表面张力作用下的偏转。我们的研究结果提出了新的见解，一系列的现象，其中发生这样的下降，包括莱顿弗罗斯特液滴和浮动液体弹珠。特别是，我们表明，液体大理石的浮动状态是非常敏感的颗粒覆盖的接口的张力，并建议这种敏感性可能会使这样的实验这些复杂的接口的属性的一个有用的分析。
2017-08-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inverse Leidenfrost drop manipulation using menisci
沉积在蒸发液体浴上的液滴可以通过从浴中散发的蒸汽保持在逆莱顿弗罗斯特状态，使它们几乎没有摩擦地悬浮和悬停。这些完全不润湿的液滴在液体界面上产生一个凹陷，以维持它们的重量，当它们接近靠壁上升的弯月面时，会产生排斥力。在这里，我们详细研究了这种反射，并表明，无摩擦莱顿弗罗斯特滴是一个简单而有效的工具来探测未知界面的形状。然后，我们使用控制器来控制那些难以捉摸的液滴的运动。我们创造波导来引导和加速它们，并使用抛物面墙来反射和聚焦它们。这在液滴冷冻保存过程的规模扩大中可能特别有益：毛细管相互作用可用于在没有接触和污染的情况下运输、收集和收集玻璃化生物样品。
2019-12-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop impact on superheated surfaces
当液滴撞击在加热到高于液体沸点的光滑表面上时，液滴或者在接触表面时立即沸腾（"接触沸腾“），或者在没有任何表面接触的情况下形成朝向热表面的莱顿弗罗斯特蒸汽层并反弹（"温和膜沸腾”），或者两者都形成莱顿弗罗斯特层并向上喷射微小的液滴（"喷射膜沸腾“）。我们实验确定的条件下，在每个政权的影响行为可以实现。我们发现，无量纲的最大传播$γ$的影响液滴在温和的和喷雾膜沸腾制度的加热表面上显示了一个普遍的缩放与韦伯数$\We$（$γ\sim\We^{2/5}$）-无论表面温度和液体性质-这是比非加热（亲水或疏水）表面（$γ\sim\We^{1/4}$）的影响陡峭得多。我们还干涉测量液滴下的蒸汽厚度。
2011-11-02 physics.flu-dyn
Boiling transitions during droplet contact on superheated nano/micro-structured surfaces
操纵表面形貌是用于提高涉及液滴与过热表面接触的许多工业过程的效率的最有前途的策略之一。在这种情况下，液滴可能会在接触时立即沸腾，飞溅和沸腾，或者可能在莱顿弗罗斯特状态下漂浮在自己的蒸汽上。在这项工作中，我们报告了水滴在使用高速光学和X射线成像观察到的广泛温度范围内与设计的纳米/微米纹理表面轻轻接触的结果。我们报告了一个矛盾的增加莱顿弗罗斯特温度（TLFP）的纹理间距降低到临界值（~10 μ m）以下。虽然这种纹理固体上的液滴在接触时似乎沸腾，但我们的研究表明，它们的行为主要是由流体动力学不稳定性决定的，这意味着TLFP的增加可能不一定会导致传热增强。在这样的表面上，液滴显示一个新的制度，其特征在于飞溅伴随着蒸汽射流穿透液滴之前，他们过渡到莱顿弗罗斯特状态。我们提供了一个全面的地图，在很大范围内的纹理间距的液滴的沸腾行为，可能有显着的影响，如电子冷却，喷雾冷却，核反应堆的安全和遏制火灾的应用。
2020-03-25 physics.app-ph physics.flu-dyn
Unexpected Suppression of Leidenfrost Phenomenon on Superhydrophobic Surfaces
莱顿弗罗斯特现象是指液滴在过热的表面上悬浮，并被其蒸汽层包裹。对于水，超疏水表面被认为抑制莱顿弗罗斯特点（$\it{T}$ $_{\rm L}$）-发生这种现象的温度。蒸汽膜阻碍了换热器中的沸腾传热，从而损害了能量效率和安全性。因此，期望在不抑制$\it{T}$ $_{\rm L}$的情况下实现超疏水性。在这里，我们证明了水的$\it{T}$ $_{\rm L}$的微织构超疏水表面，包括双凹柱（DRP）可以超过那些亲水性，甚至超亲水性表面。我们解开微观结构，热传递，和表面化学的$\it{T}$ $_{\rm L}$的贡献，并揭示如何超疏水性可以实现不抑制$\it{T}$ $_{\rm L}$。例如，与涂覆有全氟化纳米颗粒的二氧化硅表面相比，在200 $^{\circ}$ C下，具有DRP的二氧化硅表面促进了~300%更大的热传递到水滴。因此，超疏水表面可以用于节能热机械。
2021-02-04 physics.app-ph physics.flu-dyn
Symmetry-Breaking in Point-Heated Droplets
本研究针对点源加热液滴的热毛细对流稳定性问题，采用润滑理论模型开展线性稳定性分析与三维瞬态模拟，揭示了偏心加热下涡旋形成及接触线钉扎时涡旋维持的规律，结果与实验吻合。
2023-07-18 physics.flu-dyn
Droplet impact dynamics on Janus-textured heated substrates
本文采用热格子玻尔兹曼方法数值研究了液滴在Janus织构加热衬底上的碰撞动力学行为。研究了润湿性、Jakob数和Weber数等因素对Janus织构加热表面液滴撞击动力学行为的影响。模拟结果显示了三种类型的沸腾状态，即，接触沸腾、过渡沸腾和膜沸腾。接触沸腾状态下液滴定向向稠密区迁移，而在低韦伯数下膜态沸腾状态下液滴向稀疏区迁移，这与实验中液滴运动方向一致[Zhang et al.，高级功能材料：2019，29，1904535]。在Janus织构的加热基底上，液滴的自推进是由于不平衡的杨氏力、蒸汽压差和热泳力的作用。此外，具有低润湿性的Janus织构表面具有优异的成核行为，导致它们通常容易从有效的过渡沸腾状态过渡到低效的膜沸腾状态。此外，随着Jakob数的增加，液滴的沸腾状态由接触沸腾状态向过渡沸腾状态再向膜沸腾状态转变。
2022-10-30 physics.flu-dyn
Thermocapillary migration of an odd viscous droplet on a uniformly heated surface: A lattice Boltzmann study
本研究通过格子玻尔兹曼方法揭示奇粘性使液滴在均匀加热表面上自发迁移，方向取决于奇粘性符号，速度受接触角和粘度比影响，且可逆重力爬升。
2025-10-16 physics.flu-dyn
Predicting the outcomes of fuel drop impact on heated surfaces using SPH simulation
液滴在受热固体表面上的撞击在许多工程应用中具有重要意义。采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对落壁干扰进行了数值模拟。SPH方法是一种拉格朗日无网格方法，可用于求解流体方程。基于SPH公式的蒸发模型也被开发和实施。进行了参数研究，以表征冲击速度和壁温对冲击结果的影响。本数值方法能够预测不同的结果，例如沉积、飞溅、破裂和回弹（即，Leidenfrost现象）。本数值方法被用来构建一个政权图描述异辛烷下降的影响，在不同的韦伯数和壁面温度的加热表面。
2018-04-16 physics.flu-dyn
Self-Propulsion of Boiling Droplets on Thin Heated Oil Films
我们报告的沸腾液滴的自推进，尽管他们的粘性，不混溶的油膜接触，达到高速度相媲美的悬浮莱顿弗罗斯特液滴。实验和模型表明，液滴推进起源于似乎完全不同的短期和长期的时间尺度的现象之间的耦合，由于在液滴-油界面的沸腾事件引起的微秒波动。这种现象的相互作用导致连续的不对称的蒸汽释放和动量转移的高液滴速度。
2022-03-01 physics.app-ph physics.flu-dyn
Numerical Investigations of Jet A Hexane Binary Fuel Droplet Impact on a Heated Solid Surface
本文采用VOF方法数值研究了Jet A-Hexane二元燃料液滴在加热固体表面的撞击动力学，揭示了燃料混合对铺展、沸腾和回弹的影响，并提出了韦伯数、铺展比与壁面热流密度的新关联式。
2025-09-16 physics.flu-dyn
Leidenfrost drop impact on inclined superheated substrates
在实际应用中，液滴总是以各种倾角撞击固体壁面。对于Leidenfrost液滴的倾斜冲击，其在其底部表面下具有蒸汽层以防止其与过热基底直接接触，液滴可以几乎无摩擦地沿着基底滑动，伴随着扩展和缩回。为了单独研究这些过程，我们实验观察了乙醇液滴的过热倾斜基板的影响，使用高速成像从两个不同的角度同步。我们首先研究动态莱顿弗罗斯特温度，这主要取决于正常的韦伯数${We}_\perp $。然后将衬底温度设置为足够高以研究莱顿弗罗斯特滴行为。在铺展过程中，液滴始终保持均匀。并且最大扩频因子$D_m/D_0$遵循与大的正常韦伯数${We}_\perp $的幂律依赖性，对于$We_\perp \geq 30$为$D_m/D_0 = \sqrt{We_\perp /12+2}$。在收缩过程中，由于重力作用，具有低冲击速度的液滴变得不均匀。对于滑动过程，所有研究的液滴的停留时间几乎是一个常数，这是不受倾角和$We$数。无摩擦蒸汽层导致无量纲滑动距离$L/D_0$遵循幂律依赖于平行韦伯数$We_\parallel$为$L/D_0 \propto We_\parallel^{1/2}$。在不直接接触基底的情况下，液滴的行为可以分别由${We}_\perp $和$We_\parallel$确定。当撞击速度太高时，液滴破碎成许多微小的液滴，这就是所谓的飞溅现象。在当前参数范围内，临界飞溅标准为$We_\perp…
2020-08-26 physics.flu-dyn
Reduced residence time of droplet impact on heated surfaces
液滴的冲击是一种普遍存在的现象，并且减少冲击过程的停留时间对于许多潜在的应用是重要的。在这项研究中的加热表面上的冲击动力学，我们确定了一种模式的液滴反弹（反弹与喷雾模式），可以减少停留时间显着相比，传统的收缩反弹模式。与其他缩短停留时间的方法相比，该方法简单可靠。停留时间的减少是由于液膜中蒸汽气泡的破裂，这导致在液膜中形成孔并因此使液膜从孔反冲。提出了一个膜状沸腾区收缩-弹跳模式与喷射-弹跳模式过渡边界的标度律，与实验数据吻合较好。该模型还可以解释过渡沸腾区中这两种模式之间的转换。
2019-01-19 physics.flu-dyn
Vaporization dynamics of a super-heated water-in-oil droplet: modeling and numerical solution
本文通过耦合气泡生长运动方程与相变热力学及对流传热方程，建立了过热液滴蒸发的半解析模型，揭示了不同过热条件下热物性对蒸发速率的影响及完全蒸发时的气泡过冲现象。
2024-04-26 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of Droplet Impact onto Heated Surfaces using the Program Free Surface 3D (FS3D)
本研究使用FS3D程序对液滴撞击加热表面进行直接数值模拟，分析最大铺展直径，并通过混合并行化和红黑优化提升计算性能，新版本扩展至256节点，性能提升35%。
2025-02-26 physics.flu-dyn
Explosive, oscillatory, and Leidenfrost boiling at the nanoscale
我们研究了单个连续激光加热的80 nm金纳米颗粒周围的不同沸腾机制，并与经典的沸腾图进行了比较。最初，纳米尺度沸腾的形式是瞬态的、惯性驱动的、不可持续的沸腾事件，这是纳米尺度沸腾危机的特征。在较高的加热功率下，纳米级沸腾是连续的，在加热期间蒸汽膜持续至少高达20 $μ$ s。只有在高加热功率下才形成基本稳定的蒸气纳米气泡。在中等加热功率下，不稳定沸腾有时会以非常稳定的纳米气泡振荡的形式出现，频率在40 MHz到60 MHz之间;根据气泡振荡的瑞利-普莱西特模型，频率与相关尺寸尺度一致，尽管该模型如何适用于等离子体蒸汽纳米气泡尚不清楚。
2019-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
A simulation-derived surrogate model for the vaporization rate of aluminum droplets heated by a passing shock wave
铝液滴在冲击气流中的蒸发速率对含铝含能材料燃烧过程中的能量释放速率起着至关重要的作用。本文对铝液滴在冲击流场中的汽化过程进行了数值研究。从模拟数据中推导出了时间平均的舍伍德数和努塞尔数的替代模型，它们分别是激波马赫数和雷诺数的函数。结果表明，液滴的舍伍德数和努塞尔数随雷诺数的增加而单调增加。另一方面，当激波马赫数从1.1增加到3.5时，由于激波后流从亚音速向超音速的转变，随着激波马赫数的增加，Sherwood数和Nusselt数表现出非单调的特性。与文献中常用的铝液滴蒸发过程尺度计算模型相比，本文提出的舍伍德数和努塞尔数模型适用于较宽的雷诺数和马赫数范围，可用于高速流场中含铝含能材料燃烧的宏观尺度多相模拟。
2020-04-21 physics.flu-dyn
Evaporation of sessile drops on a heated superhydrophobic substrate
本文实验研究了加热超疏水铝基底上静止水滴的蒸发动力学，发现双液滴系统因蒸汽屏蔽效应蒸发更慢且寿命更长，并提出综合理论模型准确预测了不同温度和构型下的蒸发行为。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Suppression of Droplet Breakage by Early Onset of Interfacial Instability
本研究探讨了颗粒包覆液滴撞击超疏水表面的动力学，发现早期发生的界面指状不稳定性通过形成稳定指状物增加能量损耗，从而在原本必然破碎的Weber数范围内抑制液滴破碎，该现象在自清洁等领域具有应用潜力。
2022-09-25 physics.flu-dyn
Competing advection decelerates droplet evaporation on heated surfaces
在这篇文章中，我们报告的非典型和异常的蒸发动力学的盐水固着液滴表面与高温。在之前的研究中，我们表明，当衬底不加热时，与水滴相比，盐水固着液滴蒸发得更快。在本研究中，我们发现，在加热表面的情况下，盐水液滴蒸发速度比水对应物慢，从而构成一个反直觉的现象。蒸发速率的降低直接取决于盐浓度和表面润湿性。液滴周围的自然对流和表面张力的热调制被发现是不足以解释的机制。使用粒子图像测速PIV的流动可视化显示，在盐水液滴内的变形平流是被捕蒸发背后的一个可能的原因。红外热成像是用来映射液滴的热状态。提出了一种基于热溶质Marangoni的结垢分析方法。据观察，马兰戈尼和内部平流承担的热梯度和溶质梯度是竞争性的，从而导致整体衰减的内部循环速度，从而降低了蒸发率。理论计算得到的平流速度与实验结果一致。这项研究揭示了一种新颖而异常的物种在盐液滴中的传输行为。
2020-01-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
SPH simulation of fuel drop impact on heated surfaces
液滴和加热表面的相互作用在许多应用中是非常重要的。本文介绍了一种基于光滑粒子流体动力学（SPH）的数值方法，用于模拟正庚烷液滴撞击加热表面的过程。SPH方法使用服从流体动力学定律的数值拉格朗日粒子来描述流体流动。通过引入Peng-Robinson状态方程，SPH方法可以直接模拟汽液相以及汽液相之间的相变过程。数值方法通过两个实验进行了验证滴在加热表面上的低冲击速度的冲击。然后，数值方法被用来预测在不同的温度和速度的落壁相互作用。该模型能够预测不同的结果，如反弹，蔓延，飞溅，解体和莱顿弗罗斯特现象，与物理理解一致。
2017-12-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Modeling unsteady Bénard-Marangoni instabilities in drying volatile droplets on a heated substrate
本文研究了毛细尺寸的液滴在加热基底上以恒定接触线方式蒸发时的非定常内流。对乙醇和硅油蒸发液滴内部流动进行了三维数值模拟。为了描述Marangoni流动，我们发现有必要考虑空气中蒸汽的扩散，所有三相的热传导和热辐射。采用ANSYS Fluent有限元法对方程进行了数值求解。作为模拟的结果，Bénard-Marangoni（BM）不稳定性的非平稳行为得到。在第一阶段，在三线附近出现BM细胞的花状结构。对于较小的接触角，细胞的尺寸增大并占据液滴表面的中心区域。这些结果与最近的实验和理论研究密切相关，有助于分析和解决相关问题。
2021-02-11 physics.comp-ph 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
Experimental And Numerical Studies Of Interaction Between Liquid Droplets And Hot Surfaces Under Different Conditions
在本文中，不同的液滴与不同的铁水表面之间的相互作用进行了实验和数值研究，所获得的结果进行了解释，用图形和图片。借助100 fps的摄像机观察了液滴的碰撞、铺展、破碎和冷霜现象。在不同的表面温度和不同的液滴撞击速度下进行了相互作用的研究。本研究选择了三种金属和三种液体。选择铜、铝和钢作为具有不同粗糙度因子和在不同温度下的金属，而在液体实体中，选择甲醇、乙醇和碳酸钾（在某些部分中还使用水）。金属的选择是基于热扩散性能，因为它影响熔滴和铁水表面之间的热相互作用。金属表面温度范围为150 ~ 425 ℃，液滴撞击速度范围为2.4 ~ 4.9 m/s。对于计算研究，使用Ansys Fluent R3-2019版本。采用VOF方法，通过求解Navier-Stokes方程和能量方程，在二维几何瞬态数值模拟中对相互作用过程进行了数值研究。研究了表面温度、热流密度和铺展比等参数对韦伯数变化的影响。这项研究的结果将有助于更好地理解物理机制，并开发新的模型，有效的喷雾冷却系统的设计。结果表明，与高韦伯数相比，韦伯数较低时，撞击后液滴的扩散范围较小。在不同的表面温度下，液滴的铺展率几乎是恒定的或均匀的，且仅与表面粗糙度有关。
2022-08-22 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
Dynamic wetting and heat transfer during droplet impact on heated bi-phobic wettability-patterned surfaces
本文研究了液滴在双疏热表面（疏水点超疏水基体）上的动态润湿行为和传热特性。一个非图案化的超疏水和粘性疏水表面作为控制润湿性表面。正如预期的那样，润湿和传热动力学的差异是明显的所有表面，在后退阶段的变化最明显。在扩展过程中，惯性的影响占主导地位的液滴动力学和传热主要是由对流在接触线和内部流动。随着接触线速度随时间降低，接触线处的蒸发冷却变得重要，特别是对于双疏表面，其中液体在后退期间保持捕获在疏水点上。这些卫星液滴增加了接触面积和接触线长度，并在主液滴剥离后辅助传热和基板冷却。与疏水表面相比，双疏表面上的接触线传热的贡献增加了17至27%，这取决于相对于疏水点的影响位置。尽管如此，双疏表面具有较低的总热能传递。然而，与普通的超疏水表面相比，通过图案化表面，传热增强了33%至46%。根据应用，在不同表面之间存在权衡：粘性疏水表面提供最佳冷却效率，但易于溢流，而超疏水表面排斥液体，但冷却效率较差。双疏表面提供了具有合理的冷却效率和低溢流概率的中间路径。
2020-05-29 physics.app-ph physics.flu-dyn
On relative contribution of electrostatic and aerodynamic effects to dynamics of a levitating droplet cluster
给出了新的实验结果及其物理分析，以阐明相对稳定的自排列液滴团悬浮在局部加热的水面上的行为。两个相反方向的外部电场导致团簇中液滴的冷凝生长速率显著增加。实验数据被用来估计一个小的电荷的单个液滴和吸引力的极化液滴的水层。它被证实，液滴之间的相互作用是由空气动力。
2019-01-09 physics.flu-dyn
Interfacial temperature measurements, high-speed visualization and finite-element simulations of droplet impact and evaporation on a solid surface
本文研究了液滴在加热固体表面碰撞蒸发过程中的流体动力学、传热和传质耦合问题。采用激光热反射法测量固液界面温度，时间分辨率为100 μs，空间分辨率为20 μm。异丙醇微滴和纳升体积被认为是。有限元模型被用来模拟液滴沉积过程中的瞬态流体动力学和传热，考虑润湿的动态以及拉普拉斯和Marangoni应力的液-气边界。对于涉及蒸发的情况下，在大气中的蒸汽的扩散数值求解，提供了一个精确的边界条件的液滴-空气界面处的蒸发通量。进行高速可视化以提供用于模拟中的润湿模型的匹配参数。数值和实验结果进行了比较瞬态传热和流体动力学在液滴沉积过程中所涉及的。我们的研究结果描述和解释在滴基板界面的早期阶段的影响的温度振荡。对于第一次，一个完整的模拟的影响和随后的蒸发液滴在加热表面上进行，并发现与实验结果非常吻合。我们的研究结果还揭示了润湿对蒸发过程中的传热的影响。
2010-10-13 physics.flu-dyn
