Gravitational effect in evaporating binary microdroplets
对Bond数为Bo $\ll$ 1的甘油-水二元亚毫米蒸发液滴的流动进行了实验研究和数值模拟。首先，我们测量的流场的基板附近的微PIV无座和悬垂液滴在蒸发过程中，这令人惊讶地显示相反的径向流动方向-向内和向外，分别。这一观察清楚地表明，尽管液滴尺寸很小，但重力效应在控制蒸发液滴中的流场方面起着至关重要的作用。我们从理论上分析了这种重力驱动效应是由甘油的低挥发性引发的，这导致了水的优先蒸发，然后两种组分的局部浓度差导致了驱动对流的密度梯度。我们表明，阿基米德数Ar是无量纲控制参数的引力效应的发生。我们证实了我们的假设，通过实验比较两个蒸发微滴系统，即甘油-水滴和1，2-丙二醇-水滴。我们得到不同的Ar，大于或小于一个单位，通过改变一系列的液滴高度，这对应于有或没有重力效应的情况下，分别。最后，我们数值模拟的过程中，发现很好的协议与实验结果，并再次证实我们的解释。
2019-02-06 physics.flu-dyn
On the interactions between a propagating shock wave and evaporating water droplets
采用欧拉-拉格朗日混合方法对气液两相流中激波与蒸发水滴的相互作用进行了一维数值模拟。采用双向耦合方式进行相间的质量、动量和能量交换。考虑不同的初始液滴直径（5-20 μ m）、数密度（2.5 × 10~（11）~2 × 10~（12）1/m~3）和入射激波马赫数（马赫数）（1.17-1.9），对激波衰减、液滴蒸发、运动和加热进行了参数研究。研究发现，当液滴体积分数较大或入射激波马赫数较小时，前缘激波可能衰减为声波甚至亚声波。前导激波的强度和传播速度的衰减主要是由动量传递到在激波前沿相互作用的液滴引起的。总压恢复是在蒸发区观察到的，而压力损失是由激波压缩、液滴阻力和激波前缘后的压力梯度力引起的。当后续压缩波为超声速时，观察到领先激波和两相接触表面之间区域的再压缩。在临界点之后，该区域在宽度和质量、动量和能量的相间交换上变得稳定。然而，再压缩现象是敏感的液滴体积分数，并可能消失与高液滴负载。对于入射激波马赫数为1.6的情况，只有当初始液滴体积分数低于3.28 × 10 - 5时，才会发生再压缩。
2020-11-04 physics.flu-dyn
Marangoni convection in an evaporating droplet: Analytical and numerical descriptions
本文研究了毛细尺度的轴对称液滴中的稳态单涡Marangoni对流。流体流动的详细描述，提出了一个广泛的接触角，其中考虑到边界条件和质量平衡方程，没有显式求解的纳维-斯托克斯方程。开发的分析方法与数值模拟的结果进行了比较，并证明合理地描述单涡Marangoni流。这表明边界条件在问题中的重要作用。
2016-07-02 physics.flu-dyn
Self-sorting of bidisperse particles in evaporating sessile droplets
本研究通过两阶段数值模拟，发现乙醇液滴蒸发时，无Marangoni应力下接触线后退流抑制双分散颗粒自分类，而存在Marangoni应力时，界面流动促使小颗粒集中于顶端、大颗粒形成外壳。
2025-04-23 physics.flu-dyn
Dynamic Control of Particle Deposition in Evaporating Droplets by an External Point Source of Vapor
通过蒸发固着液滴将颗粒沉积在表面上对于诸如印刷、薄膜沉积和自组装等多种现象都是重要的。最终沉积物的形状取决于蒸发过程中液滴内的流动。这些流量通常在过程开始时由液滴及其环境的固有物理、化学和几何性质确定。在这里，我们证明了确定性的出现和实时控制的Marangoni流动的蒸发液滴内的外部点源的蒸汽。通过改变源位置，我们可以在空间和时间上调节这些流动，以可控的方式在表面上形成胶体。
2018-01-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Three-dimensional internal flow evolution of an evaporating droplet and its role in particle deposition pattern
本文利用数字在线全息术三维成像研究蒸发液滴内部流动与颗粒沉积的关系，揭示三阶段流动演化及五类颗粒迁移模式，并建立可预测沉积图案的解析模型。
2023-11-28 physics.flu-dyn
Dynamics of evaporating, interconnected droplets
本文研究由微通道连接的一对蒸发液滴，发现液滴间流体交换由压力差驱动的泵送流动主导，并通过稳定性分析揭示超临界叉形分岔和对称性破缺机制可导致连接通道中的流动反向。
2025-07-18 physics.flu-dyn
A finite-element model for computing fluid flow inside a sessile evaporating droplet on a solid surface
建立了一个有限元模型，计算了环境条件下亲水性基底上固着蒸发液滴内部的流动。蒸发被假定为准定常的和流动被认为是轴对称的与钉扎接触线。在液滴内部求解柱坐标系下的纳维-斯托克斯方程。采用Galerkin加权残值法和速度-压力方程对控制方程进行离散。采用六节点三角形网格和二次型函数求解，获得了较高的精度。在轴向方向上的径向速度分布计算的有限元求解器进行了比较，与现有的分析模型，并发现在良好的协议。速度幅值和流线的等值线显示了特征流动，即在蒸发液滴内部径向向外流动。
2020-09-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporating pure, binary and ternary droplets: thermal effects and axial symmetry breaking
希腊开胃酒Ouzo不仅以其独特的茴香风味而闻名，而且当加入水时，它能够从透明的可混溶液体变成乳白色的乳液。最近，已经表明，这种所谓的乌佐效应，即油微滴的自发乳化，也可以通过蒸发的固着乌佐液滴中的乙醇的优先蒸发来触发，导致具有多个相变的令人惊讶的丰富干燥过程[H. Tan等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113（31）（2016）8642]。由于接触线附近的蒸发增强，油滴的成核在边缘处开始，这导致油环环绕液滴。此外，油滴通过快速溶质Marangoni流平流通过Ouzo滴。在这篇文章中，我们调查蒸发的混合物液滴更详细，通过连续增加混合物的复杂性，从纯水超过二元水-乙醇混合物的三元乌佐混合物（水，乙醇和茴香油）。特别是，轴对称和全三维有限元方法模拟已经进行了这些液滴讨论的热效应和复杂的流动液滴驱动的相互作用的优先蒸发，蒸发冷却和溶质和热Marangoni流。通过使用图像分析技术和微型PIV测量，我们能够比较数值预测的体积演变和速度场与实验数据。通过共聚焦显微镜进一步研究了Ouzo液滴。结果表明，油环的出现主要是由于聚结。
2017-06-21 physics.flu-dyn
Evaporating droplets on inclined plant leaves and synthetic surfaces: experiments and mathematical models
假设：由于叶片表面复杂的物理化学性质，表面活性剂液滴在叶片上的蒸发是复杂的。然而，对于某些叶片表面的蒸发过程似乎遵循标准的恒定接触半径或恒定接触角模式，它应该有可能模仿液滴蒸发与精心选择的合成表面和一个相对简单的数学模型。实验：表面活性剂液滴蒸发实验在两种商业作物品种小麦和辣椒上进行，以及两个合成表面，直到$90\,^{\circ}$倾斜。在整个蒸发实验中，测量了液滴的接触角、高度、体积和接触半径的时间依赖性。建立了数学模型来模拟实验。调查结果：除了一个明显的例外，对于表面、表面活性剂浓度和角度的所有组合，实验似乎遵循标准蒸发模式，并且通过数学模型（修改的Popov和Young-Laplace-Popov）很好地描述。例外的是小麦具有高的表面活性剂浓度，液滴蒸发出现非标准的，偏离扩散限制模型，也许是由于额外的机制，如吸附的表面活性剂，气孔密度或细长的形状在小麦表面的凹槽的方向。
2021-01-27 physics.flu-dyn
Marangoni flow driven hysteresis and azimuthal symmetry breaking in evaporating binary droplets
University of Twente（特温特大学）；Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究发现负Marangoni数液滴中Marangoni流的滞后现象和轴对称破缺，揭示了蒸发过程中流体不稳定性与接触角的关系。
2025-04-20 physics.flu-dyn
Evolution of mass, surface layer composition and light scattering of evaporating, single microdroplets of SDS/DEG suspension. Shrinking droplet surface as the micelles generator
本文研究了十二烷基硫酸钠（SDS）/二甘醇（DEG）混合液蒸发过程中单个微滴质量的变化规律。首先，我们识别并去卷积残留水蒸发的影响[Kolwas et al.软物质2019;15：1825]，这加速了复合液滴蒸发，蒸发液滴表面变化率的简单指数衰减。这使得我们能够研究SDS浓度对复合液滴蒸发的影响。接下来，我们建立了一个简单的平均SDS浓度和液滴蒸发速率之间的关系，使液滴表面的SDS浓度的演变的研究。表面SDS浓度的振荡性质表明与在表面的囊泡（胶束）的周期性产生相关的表面单层的周期性变化。我们开发的模型，允许确定SDS临界胶束浓度（CMC）在DEG为60+/-2 mM。
2021-05-20 physics.chem-ph 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
Fluid flow structures in an evaporating sessile droplet depending on the droplet size and properties of liquid and substrate
本文研究了轴对称蒸发液滴内的准稳态流动，其流动随基片与流体的导热系数、流体挥发性、接触角和液滴尺寸的变化而变化。得到了正己醇、正丁醇和乙醇液滴的温度分布和涡结构。为此目的，已联合考虑了一个蒸发固着液滴的流体动力学，在液滴和基板的热传导和蒸汽在空气中的扩散的影响。利用ANSYS Fluent软件对方程进行了有限元求解。的相图演示的数量和方向的漩涡作为接触角和基板的流体的热导率的比率的函数，得到并分析了各种值的参数。特别地，重力对液滴形状的影响和液滴尺寸的影响已经被考虑。我们发现，高挥发性液滴的相图不包含对应于反向单涡的子区域，并且它们的单涡子区域变得更加复杂。大尺寸液滴的相图不连续对应于一个规则的单涡和三个涡的子区域。我们演示了如何单涡子区域消失的液滴尺寸的逐渐增加。
2020-08-24 physics.comp-ph 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
Rotating detonation combustion with in-situ evaporating bi-disperse n-heptane sprays
采用欧拉-拉格朗日方法模拟了无预蒸发的正庚烷双分散喷雾旋转爆轰燃烧过程。通过参数研究，研究了液滴直径和液滴分布对爆轰波的影响。分析了爆轰波的熄灭过程。发现小的正庚烷液滴（例如，2 μ m）在燃料再填充区域中完全蒸发。增加液滴直径导致液滴不能在燃料再填充区域内完全蒸发并且在爆震波之后存在。在爆轰波之后可以观察到反射激波。当液滴直径大于10 μm时，爆轰波后较高的压力导致反应物无法喷入燃烧室，最终导致爆轰波熄灭。在双分散正庚烷喷雾中，小直径液滴的存在维持了爆轰波的稳定传播。双分散正庚烷喷雾的平均当量比小于总当量比（仅为0.66），且随着液滴直径的增大，平均当量比减小。液滴直径的增加降低了爆轰燃料含量和爆轰波速度。双分散正庚烷喷雾中的爆轰波速度比相应的气态情况低3-9%。随着液滴直径的增大，RDC的推力和比冲等推进性能下降。
2021-09-27 physics.flu-dyn
Evaporative cooling and deposition patterns of evaporating $Al_2O_3$ nanofluid droplets
研究氧化铝纳米流体液滴在不同温度下的蒸发冷却及沉积模式，提出描述液滴几何和体积演化的尺度关系，并引入非维参数Π_rel表征沉积模式转变，揭示蒸发冷却对内部流动和纳米颗粒沉积形态的影响。
2026-03-25 physics.flu-dyn
On the motion of an evaporating respiratory droplet
本文分析了从口腔中喷出的蒸发性呼吸微滴在静止空气中的抛体运动。假设空气阻力是液滴速度的非线性函数，液滴外表面积的减小速率仅取决于相对湿度和环境温度。液滴的初始含量被认为是98重量%的水、1重量%的盐和1重量%的蛋白质。测定由于水蒸发引起的液滴平均密度的变化，直到液滴减少到其核的时刻，仅由盐和干蛋白质组成。通过对液滴运动控制微分方程的数值求解，给出了不同尺寸的液滴在不同速度、不同角度、不同相对湿度和蒸发率下的喷射轨迹。将蒸发时间与液滴从给定高度喷射后到达地面的时间进行比较。在风的存在下，液滴达到的最大水平和垂直距离进行了评估，并在可能的感染传播的背景下进行了讨论。
2021-05-19 physics.app-ph physics.flu-dyn
Dynamics of Evaporating Respiratory Droplets in the Vicinity of Vortex Dipoles
提出了一种新的数学分析呼出的呼吸液滴动力学和沉降距离附近的旋涡环境。最近的实验和理论研究表明，涡流结构可以增加呼出的呼吸液滴的沉降距离，超过最近卫生当局推荐的两米距离规则。我们提出了一个数学框架来研究的基本物理机制负责的截留和随后延迟沉降时间的蒸发液滴和固体颗粒。偶极涡旋被认为是通过微米大小的蒸发液滴云自我推进的。这种配置可用于近似室内环境，其中类似的不稳定涡流结构与呼出的呼吸液滴相互作用。我们证明了涡偶极子效应对液滴和固体颗粒沉降距离的影响，取决于蒸发速率、偶极子的涡度以及液滴的初始直径和相对于涡核的位置。我们的理论分析揭示了涡旋偶极子，液滴弛豫时间，重力和传质之间的非直观的相互作用。最大位移的最佳条件的存在建议，其中液滴夹带达到一个数量级大于涡核长度尺度。我们提出了一个基本模型，可用于评估呼出的呼吸飞沫在涡旋环境中的传播。我们的理论研究表明，呼出的呼吸道飞沫最初在休息可以翻译到显着的距离，因此意味着涡流可能会增加空气中的病原体的传播。
2022-01-11 physics.flu-dyn physics.med-ph
Analytical prediction of the temperature and the lifetime of an evaporating spherical droplet
本文提出一种解析预测蒸发球形液滴温度的方法，通过文献数据回顾温度对相关物理参数的影响并推导隐式方程，结合二次近似获得温度显式预测，进而提出包含冷却效应的液滴寿命解析预测。
2023-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporating sessile droplets: solutal Marangoni effects overwhelm thermal Marangoni flow
本研究通过实验和有限元模拟发现，微量表面活性剂导致的溶质 Marangoni 效应可压倒热 Marangoni 效应，使蒸发水滴内流动反转并破坏轴对称性。
2025-02-21 physics.flu-dyn
Avalanche of particles in evaporating coffee drops
Deegan等人的开创性工作[Nature 389，（1997）]显示了颗粒的干燥固着液滴悬浮液如何在其接触线处呈现出最大蒸发通量，该接触线拖曳液体和颗粒，从而产生众所周知的咖啡污渍环。在这个流体动力学视频中，使用微粒子图像测速和粒子跟踪的测量清楚地显示了在最后时刻被拖动的粒子雪崩，接触角和液滴高度消失。这解释了颗粒在环层中的不同特征包装：外部的一个类似于晶体阵列，而内部的一个看起来更像是堵塞的粒状流体。使用Deegan等人[Phys.Rev.E62，（2000）]使用的基本流体动力学模型，将显示随着液滴寿命结束，液体径向速度如何发散，从而与实验数据进行了良好的比较。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Effect of transient shell formation on Shock-induced atomization of an evaporating nanofluid droplet
本研究探究声悬浮TM-10纳米流体液滴在丝爆冲击源产生的冲击波与涡环作用下的雾化动力学，分析三个蒸发阶段的冲击响应，揭示界面转变对破碎机制的影响。
2025-08-20 physics.flu-dyn
Contact-line deposits from multiple evaporating droplets
基于Wray，Duffy和Wilson [J. Fluid Mech.884，A45（2020）]关于彼此接近的多个薄固着液滴的竞争性扩散限制蒸发的最新理论工作，我们获得了接触线沉积物空间非均匀密度的理论预测在这种含有悬浮固体颗粒的液滴完全蒸发之后，残留在基材上的咖啡污渍（通常称为“咖啡污渍”或“环污渍”）。相邻的液滴通过它们的蒸汽场相互作用，这导致空间上不均匀的“屏蔽”效应。我们给出了来自一对相同液滴的沉积物的预测，这表明在液滴最靠近的地方沉积物减少得最多，并且证明了与Pradhan和Panigrahi [Coll. Surf. A 482，562-567（2015）]。我们也给出了相应的预测，三个相同的液滴排列在一个等边三角形，这表明在这种情况下，对沉积物的屏蔽效果是更加微妙的。
2021-06-14 cond-mat.soft 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
Direct numerical simulation of an evaporating turbulent diluted jet-spray at moderate Reynolds number
在喷射喷雾中分散的液滴的蒸发发生在几种工业应用和自然现象中。尽管相关的问题，一个令人满意的理解所涉及的机制仍然没有实现，因为广泛的湍流尺度和大量的液滴。在这种情况下，我们解决了DNS的湍流射流喷雾在相对较高的雷诺数，即Re= 10，000。我们专注于喷射Re对蒸发过程和液滴的优先分离的影响，在相应的条件下，在较低的雷诺数Re = 6，000下，将结果与DNS进行比较。在混合欧拉-拉格朗日框架中采用点液滴近似解决了这个问题。对气相和分散相进行了详细的统计分析。我们发现，液滴蒸发长度的增长作为整体Re从Re = 6,000增加到Re = 10,000保持其他条件不变。我们将这一结果归因于液滴的惯性和湍流气相动力学之间的复杂相互作用。特别是，在较高的Re，较慢的液滴传质是不能够符合更快的湍流波动的混合层，往往加快的过程。我们还发现了一个强烈的液滴聚团，这是起源于混合层中的干空气的卷吸和加强的小尺度聚团机制在远场区域。我们将展示如何集群创建一个强烈的异质液滴拉格朗日演化。所有这些方面都有助于总液滴蒸发速率的Re依赖性。最后，我们讨论的精度的d平方法，经常用于喷雾建模，目前的情况下。我们发现，使用这种法律的基础上的环境条件的液滴蒸发速率被高估。
2020-10-15 physics.flu-dyn
Evaporation-triggered microdroplet nucleation and the four life phases of an evaporating Ouzo drop
蒸发液滴在自然界和技术中无处不在，例如在喷墨打印、涂覆、材料沉积、医疗诊断、农业、食品工业、化妆品或液体溢出中。虽然在过去的二十年里，人们已经深入研究了纯液体、具有分散颗粒的液体或甚至液体混合物的蒸发，但是还没有探索具有不同挥发性和互溶度的液体的三元混合物的蒸发。在这里，我们表明，这种三元混合物的蒸发可以触发一个相变和混合物的组成部分之一的微滴的成核。作为模型系统，我们选择了一个固着的乌佐液滴（从日常生活中已知-水，乙醇和茴香油的透明混合物），并揭示和理论上解释其四个生命阶段：在第一阶段，球形帽状液滴保持透明，而更易挥发的乙醇蒸发，由于那里的奇异性，优先在滴的边缘。这导致局部乙醇浓度降低，并相应地导致油滴在那里成核。这是第二阶段的开始，在第二阶段中，油微滴在整个液滴中迅速成核，导致其乳白色，这是所谓的“Ouzo效应”的典型代表。一旦所有乙醇蒸发，现在具有特征性非球形帽形状的液滴再次变得清晰，水滴位于油环上（阶段III），完成相转化。最后，在第四阶段，所有的水都蒸发了，留下一个微小的球形油滴。
2017-06-05 physics.flu-dyn
Skin formation in evaporating colloidal droplets
本文提出隐式理论框架描述球形胶体液滴扩散受限蒸发中的颗粒浓度演化，揭示初始填充分数对玻璃态皮层形成位置及壳屈曲的影响。
2025-01-09 physics.flu-dyn
Analysis of an Evaporating Sessile Droplet on a Non-Wetted Surface
本文在扩散限制和准稳态蒸发的框架下研究了固着液滴在非润湿表面上的蒸发。本文推广了前人的模型，数值求解了大气中液体蒸气扩散的拉普拉斯方程。我们提出了一个统一的，简单的和准确的蒸发质量通量的表达式适用于90 ^o <θ <180 ^o，其中θ是平衡接触角。此外，利用导出的蒸发质量通量的表达式，我们提出了一个简单而准确的非润湿表面的蒸发质量速率的表达式，它不表现出奇异性θ = 180 ^o。最后，使用缩放分析，蒸发质量通量的表达式被用来估计的蒸发驱动的特征流速的方向和大小的液滴内的非润湿表面上。预测的流动方向被认为是与以前的测量一致。
2018-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flash Freeze--Thaw Phenomenon in Sprayed Evaporating Micrometer Droplets
Princeton University（普林斯顿大学）
研究揭示了喷雾蒸发微米滴中的闪冻-融现象，通过高保真模拟显示雾化气体温度变化导致液滴冻结与融化，影响制药产品稳定性。
2026-01-20 physics.flu-dyn
Internal flow and concentration in neighbouring evaporating binary droplets and rivulets
University of Twente（特温特大学）；Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）
研究邻近多组分液滴或流体的蒸发过程，探讨接触角、液滴间距离及表面张力梯度力对流场与浓度场对称性的影响，发现接触角和距离增加时，滞止点向中心迁移，但表面张力梯度力不影响对称性。
2025-08-12 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
Influence of fluid flows on electric double layers in evaporating colloidal sessile droplets
建立了一个描述带电胶体粒子在带电金属基底上的蒸发液滴中的输运模型。该模型考虑了胶体颗粒的电荷以及胶体颗粒和溶剂分子上的活性基团电解解离产生的小离子。我们采用了一个系统的自洽泊松和Nernst-Planck方程的电势和平均浓度的胶体粒子和离子与适当的边界条件。采用纳维-斯托克斯方程、热传导方程和蒸汽在空气中的扩散方程分别描述了蒸发器内的流体动力学、温度分布和蒸发过程。所开发的模型是用来进行第一性原理数值模拟的带电二氧化硅胶体粒子在蒸发水液滴的传输。我们发现双电层可以被足够强的流体流破坏。
2022-03-11 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Particle monolayer assembly in evaporating salty colloidal droplets
在液滴蒸发到衬底上之后，经常可以发现环形沉积物。如果液滴中的流体是纯液体，并且其接触线在该过程中保持固定，则这种环形沉积背后的机制是众所周知的咖啡污渍效应。然而，向这样的液滴中添加少量的盐可以显著改变内部流动，从而改变沉积机制。由于接触线区域中的表面张力的增加，产生从液滴的顶点朝向接触线引导的马兰戈尼流。结果，颗粒到达液滴的液-气界面之后的接触线。有趣的是，沉积物也是环形的，就像经典的咖啡污渍效应一样，但具有完全不同的形态：颗粒沿着液滴的液体-空气界面形成单层，而不是紧凑的三维沉积物。使用共聚焦显微镜，我们研究了粒子每粒子的组装过程中发生的胶体单层的液滴蒸发不同的初始浓度的氯化钠和初始颗粒稀释。我们的研究结果与经典的扩散限制沉积模型进行了比较，并开辟了一个有趣的场景，通过界面颗粒组装，它可以很容易地产生均匀的沉积物通过操纵液滴中的初始盐和颗粒浓度的存款。
2020-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viral air load due to sedimenting and evaporating droplets produced by speaking
蒸发对液滴沉降时间的影响对于估计含病毒的空气飞沫的感染风险至关重要。对于100 nm < R < 60 μm范围内的液滴半径，蒸发可以用滞流近似描述，并且是扩散限制的。分析方程的液滴蒸发速率，随时间变化的液滴尺寸和沉降时间，包括蒸发冷却的显着效果。蒸发使大液滴沉淀的时间更长，从而显着增加了病毒的空气载量。根据最近对痰液中SARS-CoV-2浓度和说话时飞沫产生率的估计，一个感染者在不戴口罩的情况下不断说话，产生的总空气负荷超过10^4个病毒粒子。在一个中等大小的封闭房间里，这导致病毒吸入频率至少为每分钟2.5次。低相对湿度，如冬季在建筑物内和飞机上遇到的，会加速蒸发，从而使最初较大的水滴悬浮在空气中。
2020-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Morphology of Evaporating Sessile Microdroplets on Lyophilic Elliptical Patches
液滴的蒸发发生在各种各样的自然和技术过程中，例如医疗诊断，农业，食品工业，印刷和催化反应。研究了蒸发液滴在不同接触角的椭圆片表面上的不同形态。我们进行实验来观察这些形态，并使用数值计算来预测修补表面的影响。我们观察到，调整补丁的几何形状提供了对液滴形状的控制。在实验中，将不同体积的液滴放置在不同纵横比的椭圆形化学贴片上，并使用激光扫描共聚焦显微镜进行3D成像，提取液滴形状。在相应的数值模拟中，我们最小化的液滴的界面自由能，采用表面进化。数值结果与我们的实验数据定性一致，可用于微图案化结构的设计，可能建议或排除某些特定应用的形态。然而，实验结果显示钉扎和接触角滞后的影响，这是明显的数值能量最小化缺席。工作的高潮形态图的纵横比与相对体积参数空间，比较预测与测量。
2020-02-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Insights into bubble droplet interactions in evaporating polymeric droplets
本文利用声悬浮和激光辐照研究高黏弹模量聚合物液滴蒸发，揭示气泡在稀溶液区成核、遵循 Plesset-Zwick 标度生长，并导致皮层胀缩及不同沉淀物形成。
2023-09-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Finite-size evaporating droplets in weakly compressible homogeneous shear turbulence
本研究通过界面分辨模拟探究弱可压缩均匀剪切湍流中有限尺寸蒸发液滴的蒸发特性，分析不同热力学模型、湍流及韦伯数等对蒸发速率的影响，揭示了湍流增强蒸发及曲率与蒸发速率正相关的规律。
2022-02-09 physics.flu-dyn
Building micro-soccer-balls with evaporating colloidal fakir drops
蒸发驱动的粒子自组装可用于产生三维微结构。我们提出了一种新的方法来创建这些胶体微结构，其中我们可以控制颗粒的数量和它们的包装分数。为此，我们在一种特殊类型的超疏水微结构表面上蒸发胶体分散液滴，在整个蒸发过程中，液滴保持在Cassie-Baxter状态。液滴的微滴由大量的球形微球簇组成，直径从几十微米到几百微米不等。我们提出缩放参数，以显示这些球的最终颗粒包装分数取决于液滴蒸发的动态。
2012-03-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active bacterial pattern formation in evaporating droplets
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology（马克斯·普朗克陆地微生物研究所）
本文研究蒸发液滴中大肠杆菌与毛细限制的相互作用及图案形成，发现三种依赖于细菌活性和环境条件的图案类型，揭示细菌与液滴内毛细流动的相互作用对其扩散的调控机制。
2025-11-12 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
Self-sorting of Bi-dispersed Colloidal Particles near Contact Line of an Evaporating Sessile Droplet
我们调查沉积模式和相关的形态蒸发后形成的水液滴含有单分散和双分散的胶体颗粒。特别是，基板加热和颗粒直径的综合效果进行了研究。我们采用高速可视化，光学显微镜和扫描电子显微镜来表征蒸发液滴，颗粒运动，和沉积物的形态，分别。在单分散胶体颗粒的情况下，较小和较大的颗粒分别在非加热表面上形成内部沉积物和典型的环。在较大的衬底温度下，形成具有内部沉积物的薄环，这可以通过接触线的自钉扎和颗粒从接触线到液滴中心的平流来解释。在双分散的胶体颗粒的情况下，环内的胶体颗粒的自分选在较大的基板温度下发生。与较大直径的颗粒相比，较小的颗粒沉积在最外边缘处，并且在接触线附近的停滞区域中的这种优先沉积是由于基板上方的液体-气体界面的空间变化的高度。分选发生在较小和较大颗粒的直径的较小比率下。在较大的衬底温度和较大的比率下，颗粒不会被分选并且彼此混合。我们的测量结果表明，存在一个临界衬底温度以及直径比，以实现分选。我们提出了制度地图基板温度颗粒直径和基板温度直径比平面单分散和双分散的解决方案，分别。
2018-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interfacial flows in sessile evaporating droplets of mineral water
本研究通过对比超纯水与不同矿化度矿泉水蒸发液滴，发现少量离子污染会显著改变液滴内流动模式，揭示了界面流机制的复杂性。
2025-03-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pinning induced motion and internal flow in neighbouring evaporating multi-component drops
本研究通过实验发现相邻多组分液滴蒸发时中心相互远离，并揭示钉扎引起的运动是这一反直觉现象的原因，且径向速度与蒸发通量完全吻合。
2025-06-20 physics.flu-dyn
On the role of water activity on the formation of a protein-rich coffee ring in an evaporating multicomponent drop
Carlos III University of Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC（西班牙国家生物技术中心，西班牙高等科学研究理事会）
研究揭示了水活性对蒸发过程中蛋白质环形成的影响，通过建立理论模型解释了局部溶质浓度与蒸发速率的反馈机制，为呼吸道滴液中病毒稳定性提供物理依据。
2026-03-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A theoretical framework for comprehensive modeling of steadily fed evaporating droplets and the validity of common assumptions
建立了一个理论框架来模拟连续供给液滴的蒸发，这是高热流电子器件热管理中有前途的工具。使用的框架，一个全面的模型是开发一个半球形的水滴放在一个加热的平面基板上，将所有相关的运输机制：浮力和热毛细对流内的液滴和扩散和对流运输的蒸汽在气体域。在界面处，质量，动量和热耦合的阶段也占所有相关的物理方面，包括几个很少考虑的界面现象，如气体的Stefan流和从界面到周围环境的辐射热传递。开发的模型利用了两个阶段的温度依赖性，包括密度，并考虑了所有相关的物理，包括马兰戈尼流，这使得该模型前所未有的。此外，利用这个全面的模型，一个非单调的界面温度分布与双温降被发现的半球形液滴由于浮力在高衬底温度的情况下，由于内部对流。提出的框架也被用来构建几个简化模型，采用常见的假设液滴蒸发和这些模型的计算性能，从而常用的简化假设的有效性，进行评估。基准模拟表明，忽略气流，即忽略气相中的对流传输，导致蒸发速率被低估23- 54%。当考虑气体流动，但浮力的影响是使用Boussinesq近似建模，而不是分配整个气体域的温度依赖密度，蒸发率可以被低估高达16%。
2020-04-07 physics.app-ph physics.flu-dyn
Surface Properties of Colloidal Particles Affect Colloidal Self-Assembly in Evaporating Self-Lubricating Ternary Droplets
在这项工作中，我们解开的作用，胶体颗粒的表面性质的超微粒（胶体颗粒簇）的形成在一个胶体乌佐液滴。自润滑胶体乌佐液滴是一种有效而简单的形成超颗粒的方法，克服了原位咖啡污渍效应的挑战。超微粒子是从催化剂到治疗载体等各个领域获得高性能材料的有效途径。然而，胶体颗粒表面在使用乌佐液滴形成超颗粒中的作用仍然未知。因此，我们使用二氧化硅颗粒作为模型系统，并比较空间稳定与静电稳定的二氧化硅颗粒-带正电荷和负电荷。此外，我们还研究了水合作用的影响。水合带负电荷的二氧化硅颗粒和空间稳定的二氧化硅颗粒形成超颗粒。相反，脱水的带负电荷的二氧化硅颗粒和带正电荷的胺涂覆的颗粒形成平的膜状沉积物。值得注意的是，所有四种类型的粒子的组装过程都是不同的。表面改性改变（a）Ouzo液滴的接触线运动和（b）颗粒-油和颗粒-基底相互作用。这些改变改变了颗粒在各个界面处的积聚，这最终决定了最终沉积物的形状。因此，通过调节胶体颗粒的表面性质，我们可以调整最终沉积物的形状，从球形超颗粒到扁平沉积物。在未来，这种方法可以用于定制超粒子，用于光学和催化等应用，其中形状会影响功能。
2022-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interphase coupling for gas-droplet flows using the fully Lagrangian approach
本文提出一种结合完全拉格朗日方法和核回归的新方法，用于高效模拟蒸发雾的双向耦合，实现高保真度与计算效率的平衡。
2026-10-07 physics.flu-dyn
Analysis of Profile and Morphology of Colloidal Deposits obtained from Evaporating Sessile Droplets
我们的实验研究的轮廓和形态的环状沉积物蒸发后得到的固着水滴含有聚苯乙烯胶体颗粒的亲水性玻璃基板上。特别是，颗粒尺寸和浓度的耦合效应进行了研究。在光学显微镜下定性观察沉积物，并通过光学轮廓仪测量环的轮廓。环的轮廓类似于部分环面形状的所有情况下的颗粒尺寸和浓度。发现环表面的裂纹仅在较小的颗粒尺寸和较大的浓度下发生。我们绘制了一个区域图来分类三种沉积类型-不连续单层环，连续单层环和多层环-颗粒浓度-颗粒尺寸平面。我们的数据表明，对于给定的颗粒尺寸（浓度），单层环形成的临界浓度（颗粒尺寸）的可能存在。对于较大的颗粒尺寸，颗粒之间的浸没毛细力占主导地位，有助于形成颗粒的单层环。在单层环的情况下，聚集在环中的颗粒的相对质量较小。我们测量的宽度和高度的环，并表明，它们的规模与颗粒浓度的幂律的多层环。这种缩放证实了现有的基于连续介质的理论模型。我们简要地讨论了沉积物的生长与收缩的自由表面的相互作用对环的尺寸和轮廓的影响。本研究结果有助于理解环的形成过程，并将有助于指导设计的自组装胶体颗粒形成的蒸发液滴。
2019-03-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-assembly of colloidal particles from evaporating droplets: role of DLVO interactions and proposition of a phase diagram
从含有胶体颗粒的干燥液滴中获得的沉积物的形状对于喷墨打印、微电子和生物测定制造等技术至关重要。在这项工作中，沉积物的形成过程中干燥的纳升液滴含有胶体颗粒的实验研究与显微镜和轮廓术，理论上与内部有限元代码。所研究的系统涉及含有二氧化钛纳米粒子的水滴在玻璃基板上蒸发。使用激光轮廓仪测量不同pH值下斑点状液滴的沉积物形状。我们的研究结果表明，溶液的pH值影响干燥的沉积图案，这可以是环状或更均匀。这些模式之间的过渡解释考虑如何DLVO相互作用，如静电和范德华力修改粒子沉积过程。还提出了一个相图来描述如何从三种流动模式之间的竞争结果的胶体沉积物的形状：径向流驱动的蒸发在润湿线，Marangoni循环流驱动的表面张力梯度，和运输的颗粒向基板驱动的DLVO相互作用。该相图解释了实验中通常观察到的三种类型的沉积物，例如外围环，小的中心凸起或均匀层。模拟和实验结果非常吻合。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Order-to-disorder transition in ring-shaped colloidal stains
从表面蒸发的胶体分散液滴，如干燥的咖啡滴，留下明显的环形污渍。虽然这种机制经常用于粒子自组装，但结晶的条件仍然不清楚。我们的单分散胶体颗粒的实验揭示了染色剂的结构转变，从有序的晶体无序包装。我们表明，这种急剧的转变起源于一个时间的奇异性的蒸发液滴内的流速在其生命的结束。当沉积速度较低时，颗粒有时间通过布朗运动排列，而在最后，高速颗粒被堵塞成无序相。
2011-07-06 physics.flu-dyn
On evaporation dynamics of an acoustically levitated multicomponent droplet: evaporation-triggered phase transition and freezing
本研究利用声悬浮技术探究了十六烷、乙醇和乙醚三元液滴的蒸发动力学，发现了三个不同蒸发阶段及自持周期性冻结融化模式，并建立理论模型表征多阶段行为，为多组分液滴系统设计与控制提供新策略。
2023-05-21 physics.chem-ph 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
Large-eddy simulation of moderately dense evaporating sprays with particle-informed super-resolution
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Institute for Reactive Flows (IRST)（反应流研究所）
本文提出了一种基于粒子感知超分辨率（PISR）的改进方法，用于大涡模拟（LES）中较密集的蒸发喷雾，通过提高流场分辨率来改进蒸发率计算，并在不同条件下验证了其鲁棒性。
2026-08-27 physics.flu-dyn
