Dyanmics of falling raindrops
本文综述了表面张力与空气阻力对雨滴成核、振荡、破裂及形变过程的影响，并指出其对改进大气衰减校正算法和无线通信的现实意义。
2023-10-29 physics.data-an physics.flu-dyn
Droplet Splashing on Rough Surfaces
当液滴撞击表面足够快时，可能会发生液滴飞溅：较小的次级液滴在撞击过程中与主液滴分离。虽然液滴在光滑表面上的飞溅现在已经很好地理解，但表面粗糙度也影响液滴飞溅的冲击速度。在这项研究中，表面粗糙度对液滴飞溅的影响进行了研究。通过改变冲击表面的均方根粗糙度，我们发现，只有当液滴粗糙度大到足以破坏扩展液滴薄层，并改变液滴飞溅机制从电晕迅速飞溅时，液滴飞溅速度的影响。最后，使用Weber和Ohnesorge数标度模型，我们还表明，水和乙醇在不同粗糙度和水-乙醇混合物的表面上测量的飞溅速度崩溃到一个单一的曲线上，表明粗糙表面上的液滴飞溅速度与表面粗糙度长度尺度定义的Ohnesorge数标度。
2021-01-13 physics.flu-dyn
Modeling the excess velocity of low-viscous Taylor droplets in square microchannels
微观多相流由于其能够将过程转移到新的操作窗口并实现显著的过程强化而获得了广泛的兴趣。然而，泰勒液滴的流体动力学行为尚未完全理解。在这项工作中，我们介绍了一个模型来确定泰勒液滴在方形微通道中的过剩速度。液滴与流体的总表观速度之间的速度差对液滴停留时间有直接影响，并且与压降有关。由于液滴不占据整个通道截面，这使得连续相能够通过拐角绕过液滴。连续性方程的考虑一般将超流速度与平均流速联系起来。我们的旁路流量的量化的基础上的液滴帽变形从其静态形状的相关性。帽变形揭示了施加在界面上的流动液体的力，并允许估计旁路流的局部驱动压力梯度。表征参数确定为旁路长度，壁膜厚度，两相之间的粘度比和Ca数。所提出的模型是适应一个随机的，超启发式优化方法的基础上高速摄像机测量。此外，我们的模型成功地验证了已发表的经验数据。
2019-05-07 physics.flu-dyn
Studies On Falling Ball Viscometry
本文介绍了一种由小球在细管中下落时的终极速度精确计算液体粘滞系数的新方法。该计算需要对Stokes公式中的落球终极速度代入计算得到的表观粘滞系数乘以修正系数。该修正因子，即所谓的粘度比，是偏离斯托克斯极限的量度，由雷诺数和球/管半径比的非零值引起。该方法在很宽的雷诺数范围内有效，它是基于对壁面效应的两种度量之间的关系的认识，即更广泛研究的速度比，定义为受限介质中的终极速度与无限介质中的终端速度之比和粘度比。计算中使用了两个最近发表的相关公式，这些公式是基于大量的落球终极速度的实验结果。第一个公式将速度比与雷诺数和球管半径比联系起来。第二个公式给出了球在无限介质中下落时实际感受到的阻力与Stokes极限下的阻力之比的表达式，它仅是雷诺数的函数。它示出，适当地使用这个校正因子扩展实用程序的落球粘度计的技术超出了非常低的雷诺数的“蠕动流”制度，其应用目前受到限制。使用我们自己的测量的终极速度的落球在一个狭窄的管和已发表的文献报告，对已知的粘度系数的液体的准确性有关的问题进行检查。
2012-02-13 physics.flu-dyn
Droplet migration in a Hele-Shaw cell: Effect of the lubrication film on the droplet dynamics
液滴在Hele-Shaw池中的迁移是一个基本的多相流问题，它对于许多微流体应用至关重要。我们专注于在低毛细管数和三维直接数值模拟进行调查的问题。为了减少计算量，采用自适应网格，仅在界面附近使用高分辨率网格。对液滴水平半径和毛细管数进行了参数研究。对于具有大于通道高度的一半的水平半径的液滴，液滴溢出通道并且呈现出饼形状。液滴与壁面之间形成润滑膜，并特别注意润滑膜对液滴速度的影响。饼状液滴的计算速度被证明是低于平均流入速度，这是与实验测量一致。数值结果表明，润滑膜引起的强烈剪切和三维流动结构都有助于液滴的低流动性。在这种低迁移速度的情况下，液滴参考系中的界面流在顶部朝向后部移动，并且从两个侧边缘反向移动到前部。油滴的速度和润滑膜的厚度随毛细管数的增加而减小。液滴速度及其对毛细管数的依赖性不能被经典的Hele-Shaw方程捕获，因为深度平均近似忽略了润滑膜的影响。
2016-05-18 physics.flu-dyn
Marangoni-driven flow instability accelerates liquid-solid contact on atomically smooth mica
研究发现在潮湿大气中酒精液滴撞击原子级光滑云母表面时，Marangoni驱动的不稳定性会在液滴表面产生图案，从而加速液固接触的形成，且可通过改变液体组成来调控该不稳定性。
2025-01-31 physics.flu-dyn
Lubrication effects on droplet manipulation by electrowetting-on-dielectric (EWOD)
电润湿具有实现独立的护理点（POC）设备的潜力。在这里，我们报告油注入电润湿介质（EWOD）基板上的液滴迁移特性。我们制备稀疏的微柱来保留油层，以利用该层作为润滑膜。建立了液滴速度的物理模型，并讨论了润滑、油粘度、液滴体积以及固体和液体介质层厚度对液滴速度的影响。结果表明，液滴速度与E的平方成正比，而与液滴在重力作用下沿表面滑动时的E的立方关系不同。此外，我们的设备在15 V的施加电压下实现了1 mm/s的液滴速度。该速度大约是基于多孔结构的液体注入表面上相同条件（施加电压和油粘度）的10倍。所实现的高速度是由润滑流动效应来解释的。
2022-11-02 physics.flu-dyn
Scaling Laws Governing Droplet Spreading and Merging Dynamics on Solid Surfaces: A Molecular Simulation Study
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of Notre Dame（圣母大学）；Bangladesh University of Engineering and Technology (BUET)（孟加拉工程技术大学）
研究通过分子动力学模拟探讨液滴碰撞后合并行为及能量转换，基于We和Re数建立展开时间、展开因子和恢复系数的尺度定律，区分于单液滴撞击情况。
2026-03-23 physics.flu-dyn
Initiation of the Worthington jet on the droplet impact
在一定的撞击速度范围内，液滴撞击变形产生Worthington射流。虽然从类似的情况下预测的射流的增长，以及其尖端速度的液滴的影响，射流产生的机制还有待了解。在这项研究中，高速可视化的液滴的超疏水表面上的影响进行了解的空气腔的崩溃所产生的射流的启动。产生直径为2.0 mm和3.0 mm的水滴，并且液滴的韦伯数在2至20的范围内变化。从捕获的图像测量射流速度，并且发现其在韦伯数等于约7处具有峰值。在峰值处产生的射流速度比冲击速度高约15倍。此外，我们观察到，表面波所产生的碰撞的液滴上的固体和波引起的液滴帽的振荡，因为它们从固液接触线传播到液滴的顶部。此外，我们发现振荡的相位与韦伯数有关，它显著影响射流速度，因为它决定了射流产生的初始条件。
2017-12-19 physics.flu-dyn
Cross-stream migration of a surfactant-laden deformable droplet in a Poiseuille flow
本文研究了悬浮在不溶于水的表面活性剂存在下的无限泊里叶流中粘性变形液滴的运动。假设流体和热量的对流传输可以忽略不计，我们进行小变形扰动分析以获得液滴迁移速度。液滴动力学强烈依赖于沿液滴界面的表面活性剂的分布，这是由表面活性剂的对流输送的相对强度相比，表面活性剂的扩散输送。目前的研究集中在以下两个限制：（i）当表面活性剂的传输是由表面扩散为主，和（ii）当表面活性剂的传输是由表面对流为主。在第一种极限情况下，可以看出液滴的轴向速度随着表面活性剂沿表面平流的增加而减小。另一方面，基于液滴相的粘度与载体相的粘度之比，在三个不同的制度下分析了横流迁移速度的变化。在第一制度的迁移速度随表面平流的表面活性剂的增加，虽然没有改变液滴迁移的方向。对于第二制度，液滴的横流迁移的方向根据不同的参数而改变。在第三种情况下，迁移速度仅受表面活性剂分布的任何变化的影响。对于较高的表面平流的表面活性剂的表面扩散相比的其他限制，液滴的轴向速度被发现是独立的表面活性剂的分布。然而，交叉流速度被发现，在表面活性剂分布的不均匀性的增加而减少。
2017-05-04 physics.flu-dyn
Propagative waves pattern in a falling liquid curtain
我们已经做了液幕从水平的、湿的、被两个垂直的金属丝横向约束的管中落下的实验。流体运动几乎减少到自由落体，在管下方具有非常低的分离速度。因此，帘幕包含大的亚音速区域，即其中弯曲波比流体行进得更快的域。由于上边界在横向上不受约束，我们观察到当流速逐渐减小时，出现了迄今未报道过的不稳定性：幕的顶部进入一种类似漩涡的运动，与幕的波动的传播模式相耦合，结构像棋盘。这种模式的相速度和频率的测量报告。数据与简单的维度参数一致，表明波速与表面张力除以每单位长度液体的质量通量成正比。跨音速点处的流体速度也遵循这种比例关系，即流体速度等于正弦波速度的点。最后，我们讨论了这些结果对全球稳定性的下降窗帘的影响。
2005-01-30 physics.flu-dyn
Thermocapillary effect on the cross-stream migration of a surfactant-laden droplet in Poiseuille flow
本文分析了在不溶表面活性剂和沿流动方向线性变化的温度场的共同影响下，粘性液滴在无界Poiffille流中的运动。在忽略流体惯性、热对流和形状变形的情况下，通过渐近分析得到了无外力作用下的液滴速度。目前的研究集中在两个限制情况下的表面活性剂传输：（i）小的表面Peclet数，和（ii）高的表面Peclet数。热毛细作用引起的Marangoni应力，其强度相对于粘性应力的热Marangoni数表示，有很大的影响表面活性剂在液滴表面上的分布。温度场不仅影响液滴的轴向速度，而且对液滴的横流速度也有显著影响，尽管温度梯度与Poiffille流动方向一致。当所施加的温度在Poiffille流动的方向上增加时，液滴朝向流动中心线迁移。轴向和横流速度分量的大小随热Marangoni数的增加而增加。然而，当所施加的温度在Poiffille流的方向上降低时，轴向和横向流速度分量的大小都可以随着热Marangoni数而增加或减少。最有趣的是，液滴要么朝着流动中心线或远离it.Present研究表明，超过该液滴远离流动中心线的热Marangoni数的临界值，这是在形成鲜明对比的表面活性剂负载的液滴在等温流中的液滴总是朝着流动中心线的运动。
2017-01-11 physics.flu-dyn
MPFBench: A Large Scale Dataset for SciML of Multi-Phase-Flows: Droplet and Bubble Dynamics
本文提出大规模多相流数据集MPFBench，基于11,000次模拟和100万个时间快照，利用神经算子和基础模型等科学机器学习方法建模液滴与气泡动力学，验证了机器学习模型捕捉瞬态流体相互作用的能力，为多相流应用提供了高效准确的求解器。
2025-04-28 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
Microdroplet impact at very high velocity
研究了水滴直径为12 ~ 100 μ m时，水滴撞击速度为100 m/s的情况。该参数范围涵盖了从毛细管限制到粘度限制的冲击液滴扩散的过渡。所有的测量都没有飞溅;液滴总是轻轻地散布在表面上。最大传播半径进行了比较，几个现有的模型。Pasandideh-Fard等人的模型与测量数据吻合良好，表明表面上方的薄边界层的重要性，其中发生了扩展液滴中的大部分粘性耗散。如通过撞击液滴下的初始空气层所解释的，180度的接触角用作模型输入。
2012-06-08 physics.flu-dyn
Short-Time Force Response during the Impact of a Droplet with Gas Bubbles
本文通过边界积分法与润滑理论耦合的数值模拟，研究液滴内气体气泡对撞击固体前短时力响应的影响，发现气泡可缓冲撞击，且大气泡、近撞击区气泡及多个小气泡的减撞效果更显著。
2025-03-10 physics.flu-dyn
Polygonal excitations of spinning and levitating droplets
失重旋转液滴的形状由表面张力和离心力之间的平衡决定。在临界角速度以上，缓慢旋转的轴对称形状变得不稳定，变成非轴对称变形，超过该临界角速度，液滴前进通过一系列2瓣形状。理论预言在较高的角速度下存在一族3瓣和4瓣的平衡形状。我们研究了三角形磁悬浮水滴的形成，水滴内部的离子电流受到洛伦兹力的驱动而旋转。我们还研究了赤道行波，使液滴的3，4和5倍对称。
2008-08-27 physics.flu-dyn
Particle tracking for polydisperse sedimenting droplets in phase separation
当二元流体在缓慢升温下发生分层时，液滴的成核、粗化和沉降导致相分离系统的振荡演化。沉降液滴的平流被发现是混乱的。流动由两相之间的密度差驱动。在这里，我们展示了如何将图像处理与颗粒跟踪相结合，以同时解决液滴尺寸和速度。液滴被用作示踪粒子，并测定沉降速度。考虑到这些影响，检测和跟踪半径在4 - 40微米范围内的液滴。基于这些数据，我们解决了耦合到对流的液滴尺寸分布的振荡。
2011-07-06 physics.flu-dyn
Experimental study of velocity statistics in wall-bounded turbulent emulsions
本研究通过折射率匹配在Taylor-Couette湍流中测量高体积分数乳化液速度，发现液滴会抑制大尺度湍流并增加速度间歇性，在边界层显著增加整体阻力，为分散液滴调节湍流多尺度特性提供了实验见解。
2025-04-05 physics.flu-dyn
Experimental investigation into Lagrangian statistics of droplets in homogeneous isotropic turbulence
New Cornerstone Science Laboratory, Center for Combustion Energy, Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of MoE, Department of Energy and Power Engineering, Tsinghua University（清华大学能源与动力工程系，燃烧能中心，新Cornerstone科学实验室）；Department of Applied Physics and Science Education, Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学应用物理与科学教育学系）；Department of Engineering Mechanics, School of Aerospace Engineering, Tsinghua University（清华大学航天航空学院工程力学系）
本研究通过实验探讨了均匀各向同性湍流中液滴的拉格朗日统计特性，发现液滴尺寸影响其动力学行为，为理解液滴-湍流相互作用提供了新视角。
2026-02-27 physics.flu-dyn
Film thickness distribution in gravity-driven pancake-shaped droplets rising in a Hele-Shaw cell
我们在这里研究实验，数值计算和使用润滑的方法;的形状，速度和润滑膜厚度分布的液滴上升在一个垂直的Hele-Shaw细胞。液滴被静止的不混溶流体包围，并且纯粹由于浮力而移动。两种介质之间的低密度差有助于在毛细管数$Ca$位于$0.03-0.35$之间的状态下操作，其中$Ca=μ_o U_d /γ$由周围油粘度$μ_o$、液滴速度$U_d$和表面张力$γ$构建。实验数据表明，在该区域内，液滴速度不受薄润滑膜厚度和动态弯月面的影响。在等粘性条件下，实验和三维数值计算得到的油膜厚度分布吻合较好。平均膜厚度由Aussillous & Quéré（2000）模型和拟合参数很好地捕获。液滴还表现出“双体船"形状，该形状已被实验确定为压力驱动的对应物（Huerre $\textit{et al}$ . 2015年）。这种模式已合理化使用二维润滑方程。特别是，我们表明，这种奇特的膜厚分布是内在相关的液滴的运动引起的通量的各向异性。
2019-06-17 physics.flu-dyn
Spatial evolution of droplet size and velocity characteristics in a swirl spray
本研究通过旋流雾化器测量不同位置液滴特性，划分近场与远场区域，揭示尺寸与速度分布演化规律，为燃烧设计提供依据。
2024-12-17 physics.flu-dyn
Splashing of impacting drops
我们调查的影响速度超过喷射的小液滴从主液滴（飞溅）发生液滴冲击光滑表面。我们研究其依赖于表面润湿性能和液滴表面张力。我们表明，飞溅速度是独立的润湿性能的表面，但增加大致线性增加的表面张力的液体。一个预先存在的飞溅模型被认为是预测的飞溅速度，将空气粘度。该模型与我们的数据一致，但计算复杂。为了解决这个问题，我们提出了一个简化，假设大气条件和低粘度，并表明简化提供了一个同样好的预测飞溅速度从一个简单的分析公式。
2017-01-10 physics.flu-dyn
Entropy Rain: Dilution and Compression of Thermals in Stratified Domains
被称为巨胞的大规模对流曾经被认为是在太阳对流区传输太阳的光度，但最近的观测对它们的存在提出了质疑。一些作者认为，太阳的光度可能是由快速下落的小滴低熵流体传输的，而不是大规模的流动。这种“熵雨”可以以密集的涡旋环的形式传播，类似于地球大气中上升的浮力热气流。在这项工作中，我们开发了一个分析理论描述的密集，负浮力热气流的演变。我们验证的理论与2D圆柱和3D carnival模拟层流，轴对称热气流在高度分层的大气。我们的研究结果表明，密集的热气流分为两类：一个失速制度的液滴减速和扩大，和下降制度的液滴加速和收缩，因为它们向下传播。我们估计，太阳能下降流是在下降的制度，并保持其熵扰动对扩散，直到他们到达对流区的底部。这表明熵雨可能是传输太阳光度的一种有效的非定域机制。
2019-10-16 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Corona splashing triggered by a loose monolayer of particles
在自然界中，高速雨滴经常撞击并散布在颗粒表面（例如，土壤、带有孢子或花粉的植物叶片）。采用实验和数学相结合的方法研究了液滴撞击松散堆积单层颗粒的动力学过程。我们发现，移动颗粒的存在下降低了临界冲击速度，在该速度下，液滴表现出电晕飞溅，作为颗粒面积分数系统地增加。我们通过考虑摩擦颗粒在扩展边缘的阻塞来合理化这个实验观察。阐明雨滴在颗粒床上的飞溅过渡可以更好地理解雨滴下落引起的土壤流失和侵蚀。
2021-09-28 physics.flu-dyn
Impaction of spray droplets on leaves: influence of formulation and leaf character on shatter, bounce and adhesion
本文结合试验数据和简单的数学模型，研究了喷雾剂类型和叶片特性（润湿性）对雾滴撞击棉、稻、麦叶片时的破碎、反弹和粘附的影响。冲击标准，允许不同的角度的叶片表面和液滴的影响轨迹，他们的预测是基于液滴的大小和速度的组合是否高于或低于反弹和破碎边界。在实验部分中，使用了真正的叶子，以及它们固有的自然变化。此外，采用商业农业喷雾喷嘴，导致一系列液滴特性。考虑到这种自然变异性，数据和预测之间存在广泛的一致性。正如预测的那样，发现液滴的破碎随着液滴尺寸和速度的增加而增加，并且表面变得更难润湿。液滴的弹跳最常发生在具有高表面张力混合物的硬到湿表面上。另一方面，观察到一些具有低冲击速度的小液滴在预测处于粘附状态时反弹。我们认为，这种预测和实验数据之间的差异可能是由于空气层的影响，没有考虑在目前的反弹方程。实验和理论之间的其他差异被认为是由于目前假设的干冲击表面，而在实践中，叶片表面越来越多地覆盖着液体在整个喷雾试验运行。
2015-06-13 physics.flu-dyn
Impact of a microfluidic jet onto a pendant droplet
高速微流体射流可以通过热空化过程产生：从微流体通道内的液体蒸发，形成快速膨胀的气泡，并通过流动聚焦效应产生射流。在这里，我们研究的影响和横向的悬垂液滴上这样的射流。在冲击时，产生膨胀的空腔，并且在临界冲击速度以上，射流横穿整个液滴。我们预测的临界穿越速度（i）从一个简单的能量平衡和（ii）通过比较的杨拉普拉斯和动态压力在碰撞过程中产生的空腔。我们将模型预测与实验进行对比，在实验中，我们改变了悬垂液滴的液体性质，并找到了良好的一致性。此外，我们评估了表面活性剂和粘弹性效应如何影响临界冲击速度。我们的研究结果是相关的研究无针注射，在类似的速度和尺寸的射流正在使用。鉴于我们系统的简单性，我们可以系统地改变目标属性，并揭示它们对冲击动力学的影响，这在注射到真实皮肤中时是一个真正的挑战。
2021-05-26 physics.flu-dyn
Inclination-Induced Crossover in the Velocity Scaling of Lubrication-Mediated Droplet Motion
Ochanomizu University（御茶水女子大学）
该研究通过实验揭示了润滑介导液滴运动的速度标度存在由倾角诱导的连续交叉，其主导耗散机制的变化未直接反映在液滴全局形态中，确定倾角为关键控制参数。
2026-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Perturbation Theory for Translating Oblate-Spheroidal Droplets with Internal Circulation
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本文用微扰理论预测低韦伯数下扁球液滴的变形与内部环流，结合边界层、环偶极子镜像及势流分析，给出速度场和压力场，并比较了精确解与微扰法的计算成本。
2026-09-29 physics.flu-dyn
Inertial effects on the interphase drag force and rheology of dilute suspensions of buoyant droplets at low Reynolds number
IFP Energies Nouvelles（法国石油研究院）
本文研究了低雷诺数下稀释浮力液滴悬浮液中惯性效应对界面摩擦力和流变学的影响，发现有效应力与相对速度、速度方差及其空间梯度的二次项相关。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Thermally modulated cross-stream migration of a surfactant-laden deformable drop in a Poiseuille flow
在本研究中，我们调查的横向流迁移的变形液滴悬浮在非等温Poillille流中存在的散装不溶性表面活性剂。由于控制方程系统中存在的非线性，采用渐近方法，以捕捉各种影响参数之间的复杂和非平凡的耦合。在流体流动惯性和热能对流输运可忽略的假设下，通过小变形微扰分析得到了两种极限情况下的液滴迁移速度，即对流驱动的表面活性剂输运和表面扩散主导的表面活性剂输运.在这些限制的情况下，横向流动的液滴的迁移进行了研究，在相同的方向上施加的恒定的温度梯度，以及在相反的方向施加的流量。对于前一种极限情况，液滴总是向流动中心线迁移。对于高粘性液滴，其横流迁移的方向反转。当温度在施加的流动方向上降低时，横流迁移速度随着施加的温度梯度的增加而降低，直到达到临界点，在该临界点处没有横流迁移。超过临界点，横流速度的大小逐渐增加。低于临界温度梯度的液滴向流动中心线迁移;然而，高于临界温度梯度的液滴则远离中心线移动。对于表面活性剂运输为主的表面对流的其他限制情况下，横向流速度的大小被发现是显着更大，并在同一时间独立的液滴载体相粘度比。
2017-11-23 physics.flu-dyn
Effects of crossflow velocity and transmembrane pressure on microfiltration of oil-in-water emulsions
本研究探讨了亲水性多孔膜去除水中石油的问题。水包油分散体的有效分离涉及通过膜的高水通量，同时油相的高截留率。通过求解纳维-斯托克斯方程，研究了跨膜压力和错流速度对不同截面孔隙对油滴和薄油膜截留率的影响。我们发现，在没有交叉流的情况下，临界跨膜压力，这是所需的油滴进入一个圆形孔的给定的表面亲水性，同意与分析预测的基础上的杨-拉普拉斯方程。随着错流速度的增加，油滴的形状在孔入口附近强烈变形，渗透临界压力增加。我们确定了数值相图的液滴排斥，渗透，和破碎的跨膜压力和剪切速率的依赖。最后，通过数值模拟椭圆形和矩形孔上连续油膜的临界压力的解析表达式的孔隙横截面的几何参数进行验证。
2012-08-28 physics.flu-dyn
Liquid films falling down a vertical fiber: modeling, simulations and experiments
我们提出了一个控制体积的方法来推导一个简化模型的重力驱动的轴对称液膜沿垂直纤维。该模型占重力，粘性，惯性和表面张力的影响，并导致在一对耦合的一维非线性偏微分方程的膜轮廓和平均向下速度的函数的时间和沿纤维的轴向距离。两个版本的模型，一个假设活塞流的速度分布和恒定的薄边界层厚度来模拟流体上的阻力，另一个近似的阻力使用充分发展的层流速度分布的局部均匀的膜。线性稳定性分析表明，这两个模型是不稳定的长波或短波数，在该范围内的特定波数具有最大的增长率。数值模拟证实了这种不稳定性，并导致非线性周期性行波解决方案，可以被认为是链的相同的液滴下降的纤维。以红花油为工作液，绷紧的鱼线为纤维，对该系统进行了物理实验。一个机器学习方案是用来找到最好的一组参数的层流模型匹配的实验结果的模拟。两者之间存在良好的一致性，参数值非常接近基于物理参数近似值的原始估计值。
2021-04-12 physics.flu-dyn
An experimental study of inflow stability in a falling soap film
本研究通过实验比较不同驱动方式，发现恒压储液器导致皂膜入流速率下降和速度波动（4.6%），而双注射泵可维持数天稳定并将波动降至0.5%，归因于微气泡，提出主动控制入流的必要性。
2024-05-27 physics.flu-dyn
The characteristic rupture height of the mediating air film beneath an impacting drop on atomically smooth mica
在撞击过程中，液滴在接触表面之前，必须先置换其下方的空气。在很宽的撞击速度范围内，空气被压缩成一层薄膜，减缓液体向表面的前进。低于临界撞击速度时，空气膜保持完整;液滴从空气膜上反弹而不接触。超过这个临界冲击速度，液滴总是接触。接触形成的开始经由拓扑转变发生，由此最初连接的气体域破裂，并且形成液体毛细管桥，将液滴结合到表面。在这里，我们探测这种过渡的详细周围的临界冲击速度，使用校准的全内反射（TIR）显微镜，以监测高速在冲击过程中的气膜轮廓。观察到两种空气膜破裂模式：成核接触，这是孤立的，不对应于全球最小的空气膜厚度，和自发接触，总是发生在一个环上的影响轴上的空气膜达到其全球最小值为中心。我们的测量结果表明，对于超过临界速度的接触引发的冲击速度，空气膜破裂在几乎相同的高度h min ~ 20 nm，两种流体-硅油和水甘油混合物。接触前的空气膜的高度和持续时间，超过180液滴冲击实验分析，是一致的线性不稳定性驱动的范德华力。水溶液液滴的冲击事件显示出不同的统计接触成核比硅油，然而，一个临界的冲击速度以上的接触总是发生确定为两种液体。
2023-02-24 physics.flu-dyn
Interaction between a Rising Bubble and a Stationary Droplet Immersed in a Liquid Pool using Ternary Conservative Phase-Field Lattice Boltzmann Method
当浸没在液池中的静止气泡和静止液滴彼此接触时，它们形成气泡-液滴聚集体。它的平衡形态和稳定性在很大程度上取决于不同组分的表面张力的组合，称为铺展因子。在这项研究中，我们着眼于上升的气泡和静止的液滴之间的相互作用，以更好地了解聚结和上升的动力学以及气泡-液滴聚集体的形态变化。系统地研究了不同气泡尺寸和铺展因子下的相互作用过程。目前的模拟框架包括三元守恒相场格子玻尔兹曼方法（LBM）的界面跟踪和速度-压力LBM的流体力学，这是验证的基准情况下，如液体透镜和寄生电流周围的静态液滴与几个流行的表面张力公式。我们进一步测试我们的LBM的形态变化的两个液滴最初接触各种铺展因子，并描绘了最终的形态在相图。通过系统地改变扩散因子的符号，可以复制分离的、部分吞没的和完全吞没的形态。上升的气泡和静止的液滴相互作用的基础上，通过施加一个假想的浮力上升的气泡在静止条件下获得的最终形态进行了模拟。结果表明，与部分吞没形态的聚集体相比，具有双乳液形态的气泡-液滴聚集体可以最大限度地减少气泡-液滴聚集体的扭曲，并获得更大的终极速度。
2022-09-08 physics.flu-dyn
Breakup of diminutive Rayleigh jets
以足够大的速度从喷嘴排出液体导致连续射流，该连续射流由于毛细力而破碎成液滴。在这里，我们调查的形成微液滴的超高速成像从微米大小的射流破碎。喷流的小尺寸意味着100 ns {}量级的快速分裂时间尺度$τ_\mathrm{c} = \sqrt{ρr^3 / γ}$，并且需要每秒1400万帧的成像。我们直接将这些实验与包含惯性、表面张力和粘度的数值润滑近似模型进行比较[Eggers和Dupont，J. Fluid Mech.262，205（1994）; Shi，Brenner和Nagel，Science 265，219（1994）]。润滑模型允许有效地探索参数空间，以研究射流速度和液体粘度对卫星液滴形成的影响。在相图中，我们确定卫星液滴的形成被抑制的区域。我们比较了润滑近似模型和边界积分（BI）计算之间的液滴在夹断的形状，显示在夹断的最后时刻的偏差。尽管有这种差异，夹断时间和液滴和卫星液滴的速度从润滑近似获得的结果同意与高速成像结果。
2010-11-01 physics.flu-dyn
On the physics of fizzing: How bubble bursting controls droplets ejection
在自由表面上的气泡通常在喷出无数液滴时破裂。专注于气泡破裂射流，前奏这些气溶胶，我们提出了一个简单的缩放射流速度，我们解开实验气泡形状，毛细波，重力和液体性质的复杂角色。我们表明，液滴喷射意外地改变与液体性质。特别是利用粘性的阻尼作用，自相似坍缩可以避开毛细波纹，继续向奇异极限靠近，从而产生更快更小的液滴，为控制气泡气溶胶的破裂铺平了道路。
2014-10-20 physics.flu-dyn
Effect of transverse gust on free-falling plates
研究人员通过双向流固耦合模拟，发现自由下落平板可利用横向突风产生的气动力减缓下落速度，且因突风获得的高度随伽利略数和突风比非单调变化，该机制可延长物体空中停留时间。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Experimental study of the impact dynamics of polymeric hollow droplets
Concordia University（康科迪亚大学）；McMaster University（麦克马斯特大学）；M Corporate Research Analytical Laboratory, Polymer Science Group（3M公司企业研究分析实验室，高分子科学组）
本研究实验探究了牛顿与粘弹性空心液滴的冲击动力学，发现粘弹性延迟气泡破裂、抑制脱离并产生串珠结构，且惯性、粘度、毛细力和弹性共同决定沉积、部分沉积或脱离等飞溅形态。
2026-09-18 physics.flu-dyn
Impact of Spinning Droplets onto Superhydrophobic Surfaces: Asymmetric Tumbling Rapid Rebound
本文通过数值模拟与实验研究了旋转液滴撞击超疏水表面的动力学，发现旋转导致前部抬升和后部抬升两种翻滚回弹，并揭示了非对称铺展缩短接触时间的机制，建立了预测模型。
2025-07-17 physics.flu-dyn
The Added Mass of a Falling Coffee Filter
掉落的咖啡过滤器是物理实验室入门课程中常见的研究对象。它们通常用于演示终极速度，并确定拖曳力如何取决于该速度。然而，它们也可以用来证明空气影响下落的咖啡过滤器运动的其他方式。特别地，在从静止开始的初始加速期间，有一个性质上不同的流体力作用，并且使该加速度比真空中的物体的加速度小得多。这种流体力，通常被称为“附加质量”，很容易观察到咖啡过滤器使用声波运动传感器或视频分析。在这里，增加的质量是实验测量下降的咖啡过滤器。此外，还计算了咖啡过滤器通过理想流体时的附加质量的理论值。这两种价值观相当一致。最后，它是如何增加的质量是相关的实验，只测量的终极速度。
2022-06-29 physics.ed-ph physics.flu-dyn
Droplet-Local Line Integration for Multiphase Flow
流线、条纹线和路径线的线集成在单相流的可视化中被广泛使用和流行。在多相流中，即，在流体由，例如，这些技术还可以提供对液滴和韧带的内部流动以及它们的动力学的有价值的见解。然而，由于这种结构往往作为实体，高平移和旋转速度往往混淆他们的细节。作为一种补救措施，我们提出了一种方法，用于推导出液滴局部速度场，使用分解的原始速度场去除平移和旋转速度的部分，并适应路径和streaklines。通常，所得的积分线因此更短且更少缠结，这简化了它们的分析。我们演示和讨论了我们的方法在两相流数据中的液滴的实用性，并可视化删除的速度部分采用字形的上下文。
2022-12-19 cs.GR physics.flu-dyn
Tangential and normal partial slip at the liquid-fluid interfaces: An application to a small liquid droplet, gas bubble, and aerosol
Shubnikov Institute of Crystallography（舒尔尼科夫晶体学研究所）
研究了液-流界面的切向和法向部分滑移问题，推导了气泡上升和气溶胶下沉终端速度的新方程，并通过实验验证了气泡和液滴内气体密度分布不均的现象。
2026-10-22 cond-mat.soft 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
Analytical prediction of electrowetting-induced jumping motion for droplets on textured hydrophobic substrates: Effects of the wetting states
该研究基于能量守恒建立闭式与统一公式，解析预测平面及纹理疏水表面上 Cassie-Baxter 与 Wenzel 状态液滴的电润湿诱导跳跃速度。
2020-07-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet Impact Dynamics on Micropillared Hydrophobic Surfaces
研究了微柱间距和撞击速度对微柱疏水表面上的水滴撞击动力学的影响。通过高速摄影定性地给出了结果，通过润湿直径和液滴高度的时间变化定量地给出了结果。瞬态定量结果的表征是我们工作的一个新方面。三个不同的制度，即无弹跳，完全弹跳和部分弹跳。从一种状态到另一种状态的过渡存在一个临界螺距和冲击速度。这是解释与示范Cassie Wenzel润湿过渡中的液体渗透在较大的间距或冲击速度的支柱之间的凹槽。在俯仰和冲击速度图上划分了这些区域。一个很好的协议，目前的测量和公布的分析模型之间的报告。
2016-01-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Swimming droplet in 1D geometries, an active Bretherton problem
我们实验研究了自推进油包水液滴的行为，限制在不同的方形和圆形截面的毛细管。液滴的活性来自于其界面处肿胀胶束的形成。在直毛细管中，液滴的速度随着限制的增加而减小。然而，在非常高的限制下，速度收敛到非零值，使得即使非常长的液滴也会游动。拉伸的圆形毛细管，然后用于探索更高的限制。然后，液滴周围的润滑层具有不均匀的厚度，这与通常的流动驱动的被动液滴构成显著差异。颈部形成在后面的液滴，加深与越来越多的约束，并最终经历连续的自发分裂事件足够大的约束。这样的观察强调液滴界面的活动对液滴在约束下的行为的关键作用。然后，我们提出了一个分析配方集成的界面活性和溶胀胶束运输问题到经典的Bretherton方法。该模型占收敛的液滴的速度为一个有限的值大的限制，和非经典形状的润滑层。我们进一步讨论了胶束浓度沿界面的饱和，这将解释足够长的液滴的润滑层厚度的发散，最终导致自发的液滴分裂。
2021-06-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transmission of droplet-conveyed infectious agents such as SARS-CoV-2 by speech and vocal exercises during speech therapy: preliminary experiment concerning airflow velocity
目的传染性病原体，如SARS-CoV-2，可以通过呼吸过程中排出的飞沫携带。液滴的空间散布根据其初始速度而变化。在简短的文献回顾后，我们的目标是确定发声练习过程中呼出空气的速度。方法由2个电子烟用户产生的丙二醇云允许在发声练习期间排出的呼出气体的可视化。在长呼气、持续元音/a/和各种发声练习的前200 ms期间测量气流速度。对于长呼气和持续元音/a/，测量气流速度的减小直到3s。计算流体动力学（CFD）的研究结果进行了比较，使用边界条件与我们的实验研究一致。结果在元音的产生方面，高声和低声的元音速度均高于正常嗓音。像/3/或/v/这样的浊辅音比元音产生更高的速度。一些不发音的辅音，例如，/t/产生高速度，但长呼气具有最高速度。半封闭的声道练习产生更快的气流速度比大声讲话，在发声的速度下降。初始速度迅速下降，如在长呼气或持续元音/a/期间所示。速度与CFD数据一致。结论呼出气流的初速度是影响雾滴运动轨迹的关键因素。我们的研究表明，发声练习产生的气流比长时间呼气慢。因此，在实施标准建议时，语言治疗不应与污染风险增加相关。
2021-01-06 physics.flu-dyn q-bio.QM
Oscillations of a solid sphere falling through a wormlike micellar fluid
我们提出了一个实验研究的运动的固体球通过蠕虫状胶束流体下降。当较小或较轻的球体迅速达到终极速度时，较大或较重的球体会在其下落运动的方向上振荡。这种不稳定性的开始与速度梯度尺度$Γ_{c}\sim 1$ s $^{-1}$的临界值相关。我们将这种情况与已知的蠕虫状胶束流体的复杂流变学，并建议该球的不稳定运动是由流动诱导结构的形成和破裂引起的。
2002-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fibrotaxis: gradient-free, spontaneous and controllable droplet motion on soft solids
本研究提出纤维趋性机制，利用各向异性纤维增强材料实现无梯度、可控的液滴运输，为自清洁表面、水收集和医学诊断提供新途径。
2024-08-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Asymptotic theory for a moving droplet driven by a wettability gradient
建立了由润湿性梯度驱动的运动液滴的渐近理论。我们区分中尺度的精确解是已知的适当简化的问题。这种解决方案在前进和后退两个方面都与微观尺度上的问题的相应解决方案相匹配。在微尺度上，运动速度被用作渐近展开的小参数。匹配给出了液滴形状、作为所施加的润湿性梯度和液滴体积的函数的移动速度。
2005-09-30 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Droplet Migration in the Presence of a Reacting Surfactant at Low Péclet Numbers
一种流体分散在另一种不混溶流体中的表面活性剂负载液滴用作能够模仿微生物游泳者的人工模型系统。界面化学反应或增溶过程产生界面张力梯度，导致Marangoni流。所产生的流体流将液滴推向界面张力较低的区域。表面活性剂的平流输送维持这些液滴的主动推进。在这些系统中，局部界面张力受界面反应动力学以及对流和扩散诱导的浓度梯度的影响。研究了悬浮在背景Poiffille流中的这种表面活性剂粘性液滴在界面反应中的迁移。重点是具体的表面反应，产生一个不均匀的界面覆盖的表面活性剂，这反过来又决定了在背景流中的液滴的迁移速度的作用。假设界面变形和流体惯性可以忽略不计，洛伦兹互等定理被用来分析确定的迁移速度的液滴使用常规的扰动扩展的表面Péclet数。我们表明，界面反应的存在影响的幅度的流向和横向流的迁移速度的液滴在背景Poilluille流。我们的结论是，流向迁移速度是没有足够的强度表现出积极的趋流性在最近的实验观察。附加效应，例如与相邻壁的流体动力学相互作用，对于捕获相同的流体动力学可能是必要的。
2022-08-18 cond-mat.other physics.flu-dyn
The motion of respiratory droplets produced by coughing
2019冠状病毒病（COVID-19）已成为全球流行性呼吸道传染病，具有高死亡率和传染性。本文研究呼吸飞沫传播，这是理解，建模和控制流行病的关键。在目前的工作中，我们实现了流动可视化，粒子图像测速技术（PIV）和粒子阴影跟踪测速技术（PSTV）来测量气流和液滴参与咳嗽的速度，然后构建一个物理模型，考虑蒸发效应来预测液滴在不同的天气条件下的运动。实验结果表明，咳嗽气流的对流速度与时间呈$t^{-0.7}$关系，因此，在我们的测量范围内，咳嗽气流与咳嗽者的距离增加了$t^{0.3}$。将这些实验结果代入物理模型中揭示了小液滴（初始直径$D \leq$ 100 $μ$ m）蒸发成液滴核，并且具有$D \geq$ 500 $μ$ m和初始速度$u_0 \geq$ 5 m/s的大液滴行进超过2 m。冬季低温和高相对湿度的条件可能导致更多的飞沫沉降到地面，这可能是秋冬季节第二波大流行的可能驱动因素。
2020-10-24 physics.flu-dyn physics.med-ph
