Atomization modes for levitating emulsified droplets undergoing phase change
我们描绘和检查不同的破碎模式下的蒸发油包水乳化液滴声悬浮。乳液液滴由作为油的癸烷/十二烷/十四烷组成，而水浓度在10%至30%（v/v）之间变化。在不同的激光照射强度下加热液滴，观察到液滴表现出三种广泛的破裂机制，即，通过气泡生长、片破裂和灾难性破裂的破裂。这些模式的崩溃的发生被认为是主要依赖于组件之间的波动性差异。水/癸烷乳状液中的早期成核导致蒸汽泡的生长，其特征在于液滴表面上的波传播的复杂图案。这些图案的形成表明，短的时间尺度和长度尺度的波图案是法拉第不稳定性的表现，触发的液滴表面上的声场诱导的共振。相反，由于不可辨别的小尺寸气泡的破裂，片状破裂主要发生在由具有相对高挥发性差异的组分组成的乳液（水/十二烷乳液）中。对于具有显著巨大挥发性差异的乳液（水/十四烷乳液），发生强烈的灾难性破裂，其中液滴经历迅速碎裂成细的次级液滴。
2020-02-20 physics.app-ph physics.flu-dyn
Primary breakup of liquid jet Effect of jet velocity profile
本文通过直接数值模拟研究不同速度剖面对液体射流一次破碎的影响，发现均匀剖面假设不准确，抛物线剖面更接近实际，影响液滴尺寸和雾化程度。
2023-10-12 physics.flu-dyn
Understanding liquid-jet atomization cascades via vortex dynamics
采用水平集（LS）和流体体积（VoF）表面跟踪方法对不可压纳维-斯托克斯方程进行直接数值模拟（DNS），研究了平面液体射流的时间不稳定性。$λ_2$等值线用于将涡动力学与射流破碎的不同阶段的表面动力学相关联，即，叶形成、叶穿孔、韧带形成、拉伸和撕裂。在初级破碎过程中，发现了三种不同的破碎机制，并在气体韦伯数（$We_g$）与液体雷诺数（$Re_l$）的参数空间上进行了分类。本文从涡动力学的角度对这些机制进行了分析。涡动力学解释了发夹的形成，发夹和Kelvin-Helmholtz（KH）辊之间的相互作用解释了叶瓣的穿孔，这归因于叶瓣顶部和底部两个相反取向的发夹涡的流向重叠。高$Re_l$时波瓣前缘上波纹的形成也与KH涡的发夹结构的位置和结构有关。在低$Re_l$和低$We_g$下，由于高的表面张力和粘性力，抑制了小尺度波纹并阻止孔形成，因此瓣穿孔和波纹形成受到抑制。流向涡度的产生-导致三维不稳定性-主要是由涡拉伸和斜压扭矩在高和低密度比，分别。流向涡的产生及其与展向涡的相互作用产生了各种流动条件下的液体结构。了解液膜破碎和相关的旋涡动力学是控制一次雾化液滴尺寸分布的关键。
2018-01-16 physics.flu-dyn
An analytical and experimental study of secondary atomization for vibrational and bag breakup modes
本文通过实验和理论研究了液滴的袋状破碎，确定了破碎起始的韦伯数边界，并分析了液滴尺寸分布及索特平均直径，揭示了粘性对破碎过程的影响。
2023-06-17 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Atomisation of an acoustically levitated droplet: Experimental observations of a myriad of complex phenomenon
本文实验研究了声悬浮液滴的变形与雾化动力学，揭示了其包含初级和次级破碎的复杂分步过程，并详细阐明了多种界面不稳定性在其中的作用机制。
2023-07-01 physics.flu-dyn
Influence of the ambient pressure on the liquid accumulation and on the primary spray in prefilming airblast atomization
在平面预膜空气雾化喷嘴结构中，利用粒子图像测速（PIV）和阴影技术研究了环境压力对破碎过程的影响。环境压力在1至8巴之间变化。其他研究的参数是气体速度和膜负载。从单相PIV测量，它被发现，在预膜附近的气体速度部分匹配的分析配置文件从近尾流理论。液体积聚的特征是从直接位于预膜器下游的液相的阴影图像中提取的。两个不同的特征长度，以及韧带的速度和破碎频率被确定。此外，在液体积聚的直接下游产生的液滴被捕获。因此，给出了每个操作点的喷雾Sauter平均直径（SMD）和平均液滴速度。这项研究的新颖之处在于，这些量与环境压力的标度律推导出来。的积累和SMD的特征长度之间的相关性被观察到，从而加强的想法，液体积累决定的主要喷雾特性。本文基于一个客观判据，提出了一个区分一次破碎区和二次破碎区的阈值。它还表明，考虑到非球形液滴显着修改的液滴尺寸分布的形状，从而强调需要使用阴影法时，调查初级分裂。此外，环境压力和速度也会相应变化，以保持气动应力$ρ_g U_g^2$恒定。这导致几乎相同的液体积聚和喷雾特性。
2020-01-26 physics.flu-dyn
A detailed numerical investigation of two-phase flows inside a planar flow-blurring atomizer
针对流动模糊雾化器内两相流动力学理解不足的问题，通过界面分辨数值模拟，系统研究动压比、密度比和韦伯数等参数对两相流态和破碎动力学的影响。
2023-11-14 physics.flu-dyn
Efficient Extraction of Atomization Processes from High-Fidelity Simulations
了解液体射流中的一次和二次雾化过程对于描述工业应用中的喷雾分布和液滴几何形状至关重要，并且对于开发基于物理的低保真雾化模型（可以快速预测这些喷雾）至关重要。数值建模和计算资源的重大进展使研究小组能够进行详细的数值模拟，并准确预测雾化的物理特性。这些模拟可以产生数百TB的数据。这些数据集的巨大规模限制了研究人员分析它们的能力。因此，在模拟结果中没有分析相干液核破碎成液滴的过程，即使存在完整的射流动力学描述。本工作应用液滴物理提取技术高保真模拟跟踪破碎事件和数据与当地流动。雾化过程的数据存储在Neo4j图形数据库中，提供了易于访问的格式。结果提供了一个强大的，定量描述的雾化过程和细节的局部流场将是有用的低保真度雾化模型的发展。
2022-05-09 physics.flu-dyn
Deformation and breakup of the liquid ligament with various disturbances on the interface in shear flow
本研究数值分析剪切流中界面扰动对液体射流变形破碎的影响，发现高波数扰动加速分裂、均匀液滴并提升雾化质量。
2024-06-25 physics.flu-dyn
Droplet deformation and breakup in shear flow of air
液滴在气流中的变形和破碎在喷雾和雾化过程的许多应用中是重要的。然而，气流的剪切效应从未被报道过。在这项研究中，变形和破碎的液滴在剪切流的空气中进行了实验研究，使用高速成像，数字图像处理，粒子图像测速仪。我们确定了一种新的液滴破碎模式，即，蝶形破碎，其中液滴下部的强大空气动力学压力导致液滴偏转，然后形成蝶形袋。通过尺度分析，得到了液滴破碎的状态图，并得到了不同模式之间的转换。对液滴边缘的伸长和破碎进行了分析，结果表明，剪切通过液滴边缘节点的形成和生长对液滴边缘的伸长和破碎产生显著影响。
2020-05-13 physics.flu-dyn
Phenomenology of disruptive breakup mechanism of a levitated evaporating emulsion droplet
乳化液滴的雾化在从NextGen燃烧器到生物医学植入物制造的各种应用领域中普遍存在。对乳液中的雾化机制的理解可以导致高效系统的定制设计的范式转变，无论是在能源还是生物技术领域。在本文中，我们具体研究了蒸发无接触（声悬浮）乳化液滴（水-油）在外部加热下的破碎机理。在蒸发液滴的寿命期间观察到三种不同的制度。最初，液滴直径随时间线性回归，随后由于乳液组分之间的沸腾温度的显著差异而产生蒸汽泡成核。该气泡的破裂导致液滴的高强度破裂，从而导致残留液体以冠状片的形式推进。膨胀冠的面积与时间的平方成线性关系。据推测，液体片的膨胀使较大的水子液滴朝向边缘离心，导致独特的空间分离。随后，我们报告的第一个观察复杂的补丁（代表水的子液滴）和破裂的薄片相邻的补丁成孔（与孔的增长率范围从1.2到1.4米/秒）的上下文中的蒸发孤立的乳液液滴。孔的形成导致韧带的产生，所述韧带经历分裂成Sauter平均直径（SMD）约50 μm的次级液滴。
2020-02-17 physics.app-ph physics.flu-dyn
Understanding the liquid jet break-up in various regimes at elevated pressure using a compressible VOF-LPT coupled framework
本文在OpenFOAM中开发了一个可压缩VOF-LPT耦合求解器，并利用它对LJICF进行了数值模拟。这种方法有助于准确地预测一个复杂的主要破碎的欧拉框架和二次雾化的球形液滴使用计算效率的LPT方法。耦合求解器与AMR的严格验证的液体射流在不同的操作条件下的横流。进一步研究了动量通量比和韦伯数对横流中各种流动特性和液体射流破碎现象的影响，并确定了液体射流破碎区的流向位置。在低动量通量比在袋破碎制度，预测表明，液体射流破碎发生由于增长的类似的不稳定性，通常观察到的高速液体片雾化。短波长假设的无粘色散关系类似于在这种情况下观察到的Kelvin-Helmholtz型不稳定性，而不是瑞利-泰勒不稳定性在高动量通量比的表面破碎制度。还提出了沿液柱横向边缘的剪切破碎是由于在液柱周围通过的空气的剪切层不稳定性而发生的。模拟波长紧密匹配的威廉森相关的剪切层不稳定性周围的圆柱体：一个形状类似的横截面的液体柱的底部。结果表明，在低动量通量比和中等韦伯数下，存在明显的流光或分叉现象。进一步的研究表明，内部液体边界层和液体射流后面的三维流场负责流光的形成。
2023-01-08 physics.flu-dyn
Spray formation: a numerical closeup
气液混合层中喷雾的形成和雾化是多相流的重要基础问题。这是非常可取的可视化详细的雾化过程，并分析所涉及的不稳定性和机制，大量的数值模拟，除了实验。近几十年来，数值方法和计算机技术的迅速发展，使得大规模三维直接数值模拟雾化成为可能。然而，基本的问题，是否所有的物理尺度参与了主要的分裂过程是忠实地解决，仍然不清楚。在本研究中，我们进行直接数值模拟喷雾形成的气液混合层与国家的最先进的计算资源（使用高达40亿细胞和16384核心），以获得高保真的数值特写喷雾形成的详细机制。我们还旨在研究目前的计算资源是否足以完全解决直接数值模拟雾化。
2016-07-11 physics.flu-dyn
Statistical Analysis of Droplet Size Distributions in Liquid-Jet-in-Crossflow Atomization
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本研究采用VOF-LPT耦合框架模拟LJICF雾化，分析多参数对液滴尺寸的影响，明确分布规律及两种分布的适用性，为雾化特性研究提供支撑。
2026-08-05 physics.flu-dyn
Liquid Jet in Crossflow: Review of Breakup modes and Injector Geometry Effects
Indian Institute of Technology (Banaras Hindu University)（印度技术学院（贝拿勒斯印度教大学））
综述横流中液体射流的破碎模式与喷射器几何效应，重点分析空气动力破碎机制、射流穿透轨迹及速度分布重排触发的不稳定性。
2026-06-25 physics.flu-dyn
Elliptical liquid jets in a supersonic cross-flow: Influence of J on atomization mechanism and unsteadiness
Interdisciplinary Centre for Energy Research, Indian Institute of Science - Bangalore（印度科学学院跨学科能源研究中心）；Propulsion and Power, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学航空航天工程学院推进与动力系）；Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Science - Bangalore（印度科学学院航空航天工程系）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Science - Bangalore（印度科学学院机械工程系）
研究超音速横向流中椭圆液柱的雾化机制和不稳定性，探讨J对液柱破裂机制、激波结构及不稳定性相互作用的影响，发现J变化影响雾化过程和不稳定性特征。
2025-12-29 physics.flu-dyn
Single and two-phase fluid droplet breakup in impulsively generated high-speed flow
采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了在高速气流冲击作用下，液滴在开口激波管中的气动破裂过程。在高韦伯数的mm大小的液滴的破碎进行了分析的水和两相纳米流体组成的分散体的Al2O3和TiO2纳米粒子在水中的高负载量分别为20和40重量%。液滴破碎可视化使用高速成像在实验装置中，其中一个开放的端部激波管产生脉冲高速流冲击液滴保持静止使用声悬浮器。轴对称模拟使用的流体体积技术进行捕捉流场的气体动力学和液滴变形在初始阶段。流体液滴受到由开口激波管产生的瞬态流场的影响，其特征在于传播的入射激波、再循环涡环和静止激波单元。所有流体的液滴破碎都是通过液滴的初始扁平化进行的，然后在前缘处存在弯曲的分离激波前缘的情况下在周边处产生液体片。断裂似乎遵循片剥离过程，由此拉伸的韧带通过粘性剪切进行二次雾化。由于高速气体射流的不受约束的膨胀，在液滴的尾流中产生的薄雾似乎横向膨胀。所有流体的液滴的破碎形态似乎与以前的观察使用传统的激波管。横向变形的连贯液滴质量观察到更高的纳米流体相比，水。这归因于纳米流体液滴的较高粘度和Ohnesorge数，这导致延迟的破裂和增加的横向拉伸。
2022-06-23 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann modeling and simulation of liquid jet breakup
在三维27速（D3 Q27）格子框架下，建立了一个三维色流格子Boltzmann模型。碰撞算子包括三个子算子的D3 Q27版本：多重弛豫时间（MRT）碰撞算子，广义Liu-Valocchi-Kang扰动算子和Latva-Kokko-Rothman扰动算子。一个增强的平衡分布函数的D3 Q27版本也被纳入到这个模型中，以提高伽利略不变性。三种类型的数值试验，即静态液滴，振荡液滴，和瑞利-泰勒不稳定性，表现出良好的协议与解析解和数值模拟。在这些数值试验之后，将该模型应用于液体射流破碎模拟。模拟条件与先前实验的条件相匹配。在这种情况下，数值稳定性在整个模拟过程中得到保持，尽管连续相的运动粘度被设置为低至$1.8\times10^{-4}$，在这种情况下，相应的雷诺数为$3.4\times10^{3}$ ;基于D3 Q27晶格开发的晶格玻尔兹曼模型使我们能够使用与实验直接匹配的参数进行模拟。射流的液柱从不对称形状过渡到轴对称形状，并且从射流的侧面发生卷吸。测量的时间历程的射流的前缘位置显示出良好的协议与实验。最后，液-液体系的制度图的再现性进行了评估。目前的格子玻尔兹曼模拟很好地再现了预测制度的特点，包括静脉曲张破碎，蜿蜒的破碎，和雾化。
2017-06-28 physics.flu-dyn
Ephemeral Antibubbles: Spatiotemporal Evolution from Direct Numerical Simulations
反气泡是由高密度流体中的低密度流体壳层组成的，它有着广泛的应用前景。我们表明，通过广泛的直接数值模拟（DNSs），在两个和三个维度（2D和3D），时空演化的反气泡可以自然地描述耦合Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）方程的二元流体。我们的DNSs捕捉优雅的重力引起的变薄和破碎的反泡通过时间演化的Cahn-Hilliard标量序参量场$ϕ$，它不断变化的接口，所以我们不需要强制执行复杂的边界条件在移动的反泡接口。为了确保我们的结果是强大的，我们补充我们的CHNS模拟与尖锐的接口体积的流体（VoF）DNS。我们跟踪的反泡的厚度和计算的反泡的寿命对几个参数的依赖性，我们表明，我们的DNS结果与各种实验结果一致，特别是，与反泡的手臂收缩后，破碎的尺度为$σ^{1/2}$，其中$σ$是表面张力的速度。
2021-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The atomizing pulsed jet
本文通过高分辨率直接数值模拟研究脉冲液体射流的高速雾化，发现液滴统计在网格尺度附近不收敛源于数值液膜破碎，并提出受控“流形死亡”程序以恢复收敛。
2025-02-09 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Impinging Jet Dynamics
在这段流体动力学视频中，使用光线跟踪数据可视化技术来获得两股液体射流撞击过程中真实详细的流动运动。不同模式的片和边缘的配置，揭示了潜在的物理，包括液体链，封闭的边缘，开放的边缘，不稳定的边缘和扑翼片。此外，还观察到了稳态非对称波，并与现有理论进行了比较。用经典的浅水波理论解释了相对于液边的定常毛细波的产生。详细观察了冲击波作用下的雾化过程，包括液膜破碎、液膜形成和液膜破碎成液滴的过程。冲击波波长的锁定特性也与扰动自由剪切层的锁定特性相似。
2012-10-15 physics.flu-dyn
Dynamics of a droplet in shear flow by smoothed particle hydrodynamics
本文利用多相SPH方法系统研究剪切流中液滴的变形与破碎，通过生成五维相图确定临界毛细数，并预测了空气中水滴破碎的临界条件。
2023-07-06 physics.flu-dyn
Phase-Field Modeling of Two-Phase Flows: A Projection-Based Cahn-Hilliard-Navier-Stokes Framework
本文提出基于压力投影、交错网格有限差分和显式 Euler 的 CH-NS 相场框架，可稳定模拟变物性两相流，并经气泡上升等基准验证。
2025-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling Drop Deformation Effects in the Euler-Lagrange Prediction of Liquid Jet in Cross Flow
由于稠密区液相体积分数较高，采用欧拉-拉格朗日（EL）方法对喷雾雾化过程进行精确预测具有挑战性。这实际上将取代在标准EL方法中通常被忽略的气相的显著部分。此外，在模拟稠密喷雾时，由于气动力、表面张力和粘性力的相互作用而引起的液滴变形通常被忽略。在这项工作中，为了使用EL方法捕获体积位移效应，考虑了气相体积分数的时空变化。这导致了零马赫数、变密度方程，在动量方程和连续性方程中都产生了源项。结果表明，连续源项增加了喷嘴附近载相的速度和动力学。然而，由于射流的扩散和液滴的分散，这些影响在下游进一步减小。为了量化液滴变形的影响，不同的模型进行了比较与实验数据。不同的破碎制度进行了研究，以确定每个政权的最佳模型。形状变形的影响是孤立的，通过执行一个单一的液滴注入到横流的流动条件类似的袋式破碎。与忽略变形的情况相比，观察到液滴运动的显著偏差。
2020-07-20 physics.flu-dyn
Molecular scale contact line hydrodynamics of immiscible flows
通过对不混溶两相流的分子动力学模拟，我们发现流体与固壁之间的相对滑移处处遵循广义Navier边界条件，滑移量与切向粘性应力和未补偿的Young应力之和成正比。后者是由流体-流体界面与其静态配置的偏差引起的。本文给出了一个不混溶流体动力学的连续方程，包括广义Navier边界条件、纳维-斯托克斯方程和Cahn-Hilliard界面自由能。我们的流体动力学模型产生的界面和速度的配置文件相匹配的分子动力学模拟在分子尺度附近的接触线。特别是，在高毛细管数的行为，导致流体-流体界面的分裂，准确地预测。
2003-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical Simulation of Reacting and Non-Reacting Liquid Jets in Supersonic Crossflow
University of Michigan（密歇根大学）
本文通过自适应网格细化与流体体积法对马赫数约4.5的超声速横流中反应与非反应液体射流进行多相模拟，揭示了动量比、自由流温度对穿透、混合及燃烧效率的影响机制。
2025-04-28 physics.flu-dyn
On the Energy Analysis of Two-phase Flows Simulated with the Diffuse Interface Method
本文利用完全耦合 CHNS 方程的相场方法模拟两相流，通过总能量演化分析动能、混合能与耗散关系，并经液滴振荡和毛细丝线破碎基准验证其界面动力学模拟能力。
2025-07-28 physics.flu-dyn
Diffuse-interface approach to competition between viscous flow and diffusion in pinch-off dynamics
通过数值模拟和理论分析，对液丝夹断动力学进行了研究。夹断动力学在小的长度尺度下进行，允许相似的解决方案，可以被分类为斯托克斯制度和扩散主导的制度，后者最近被实验观察到在含水两相系统[物理学评论快报。123，134501（2019）]。应用Onsager的变分原理推导出的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes模型作为一个极小模型，能够描述界面运动驱动的平流，但也扩散。通过分析模型中的自由能量耗散机制，引入特征长度尺度来衡量扩散与粘性流在界面运动中的竞争。对于远离临界点的系统，该长度尺度通常为纳米尺度，但是对于接近临界点的含水两相系统，该长度尺度可以接近微米尺度。在具有轴对称的圆柱形区域中，采用精确有效的谱方法求解Cahn-Hilliard-Navier-Stokes模型。数值算例分别给出了Stokes区和扩散主导区夹断过程。特别是，这两个政权之间的交叉进行了研究，数值和分析，以揭示相似的解决方案的标度行为是如何被定性改变的特征长度尺度是不可避免地访问的捏颈接口。还提供了讨论的数值例子，进行了分裂的长液丝，并在不同的标度制度显示定性不同的现象。
2022-08-30 physics.flu-dyn
Droplet size and velocity measurements in a cryogenic jet flame of a rocket-type combustor using high speed imaging
本文利用高速阴影成像结合PTV和PIV方法，在1MPa燃烧室中测量了液氧/气态氢同轴剪切喷注反应射流的液滴尺寸与速度，并与冷流及相位多普勒数据对比，揭示了火焰对液滴尺寸演化的影响。
2024-08-30 physics.app-ph physics.flu-dyn
Lacunarity in a Two-Dimensional Atomizing Liquid Jet
Institut Universitaire de France（法国高等研究院）
研究通过二维VOF-DNS模拟揭示液柱破碎过程中分形维数的尺度和结构依赖性，发现不同尺度和结构特征对应不同的分形维数。
2026-10-27 physics.flu-dyn
Effect of the blast wave interaction on the flame heat release and droplet dynamics
本文实验研究了燃烧液滴与同轴冲击波相互作用下的火焰熄灭、热释放速率增强及液滴雾化行为，揭示了不同马赫数下火焰动力学和液滴响应规律。
2024-09-28 physics.app-ph physics.flu-dyn
