Hydrodynamic causes and effects of air bubbles rising in very viscous media
详细了解气液两相流动是通过精确控制混合和反应动力学来开发高效多相反应器的必要条件。鼓泡塔是初步研究这类流动的良好装置。在目前的研究中，进行了实验，以评估液体粘度对鼓泡塔内的流动动力学的影响。以玉米油和水为连续介质，空气为分散介质。这项工作的目的是使用的数值模拟的定性验证的结果。
2013-10-11 physics.flu-dyn
Water-to-air transfer of nano/micro-sized particulates: enrichment effect in bubble bursting jet drops
分散在液体中的气泡广泛存在于许多自然和工业过程中，并且在其从形成到上升到破裂的寿命期间在介导传质中起关键作用。特别是，存在于大量水中的纳米/微米尺寸的颗粒和生物体可以在气泡破裂期间喷射的喷射液滴中高度富集，从而影响全球气候和公共健康。然而，这种富集的详细机制仍然不清楚，富集系数难以预测。在这里，我们通过实验研究了气泡破裂射流滴中纳米/微米级颗粒的富集，并强调了底层的流体动力学机制，结合气泡破裂和破裂对颗粒传输的影响。标度法的富集因子，随后提出了合理地描述我们和以前的实验结果。我们的研究可能为与气泡破裂相关的微生物的水到空气的转移提供新的见解。
2022-03-19 physics.flu-dyn
Bubble formation regimes in forced co-axial air-water jets
我们报告了一个详细的实验表征的周期性起泡制度，发生在轴对称的空气-水射流时，内部的空气流是被迫在上游供气室的压力的周期性调制。当强迫压力幅值大于某一临界值时，所选频率有效地驱动了气泡的形成过程，导致形成近单分散的气泡，其体积随着强迫频率的增加而减小。我们揭示了存在两种不同的破裂模式，M1和M2，在有效的强迫条件下。模式M1中的气泡形成类似于自然起泡过程，其特征在于附接到喷射器的空气韧带的初始径向膨胀，其初始长度小于由振荡空气流率引起的小界面扰动的波长。膨胀阶段之后是韧带塌陷阶段，其开始于初始颈部的形成，该初始颈部向下游传播，同时径向向内塌陷，导致新气泡的夹断。这两个阶段发生的速度比在非强制的情况下，作为由强制系统引起的气流调制的结果。破裂模式M2在完整的韧带长于一个扰动波长的情况下发生，由此界面在夹断时已经呈现局部颈缩区域，并且导致在没有膨胀阶段的情况下从细长空气丝的尖端形成气泡。从实验数据中推导出了尺度律，该尺度律提供了气泡体积、完整韧带长度以及从M1破裂模式到M2的过渡的封闭表达式，作为相关控制参数的函数。
2019-12-03 physics.flu-dyn
Lock-exchange flow regimes under low air Froude number bubble curtains
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
通过两相大涡模拟研究实验室尺度锁交换装置中气泡幕周围的流动和密度场，发现突破流态中存在三种子流态，其出现取决于空气弗劳德数和盐水与淡水密度比，对船闸气泡幕优化有重要意义。
2026-09-28 physics.flu-dyn
Airfoil Boundary Layer Bubble Separation and Transition in a Surging Stream
本文从理论和实验两方面研究了高振幅谐波喘振对翼型层流分离泡的影响。一个广义的压力系数，占局部静压变化，由于喘振。这种以前从未实现过的概括，促进了喘振和准定常压力系数之间的直接比较，从而可以将非定常效应与雷诺数效应区分开来。采用动量积分边界层分析方法确定气泡分离点的运动，转捩点的运动由实验表面压力系数提取。最重要的发现是，气泡破裂发生，违反直觉，在早期施加有利的时间压力梯度。这是因为有利的压力梯度迅速驱动气泡向后，使其无法重新附着。破裂导致大的升力和形阻系数振荡，而未能实现广义压力系数定义导致高达400个计数的时间形阻误差。
2022-07-25 physics.flu-dyn
Pinch-off of underwater air bubbles with up--down asymmetry
拓扑奇点出现在广泛的物理系统中，包括坍缩恒星和箍缩流体界面。它们对于能够将能量集中到一个小区域很重要。水下气泡特别出现在许多实际应用中，包括减少货船表面阻力的新技术。先前的理论表明，就在气泡被夹断之前，颈部在其最小点看起来像一个圆柱体。然而，不寻常的是，颈部如此逐渐地接近这种形状，以至于在实践中无法达到理论上的圆柱形解;奇点的整个寿命都处于瞬态阶段。因此，为了理解演化，我们详细研究了瞬态效应。本文详细介绍了模拟结果的气泡与初始条件远离圆柱形的解决方案：蹲，向上-向下不对称的颈部形状，与强加的垂直流。我们发现，这种不对称是暂时的：颈部迅速垂直移动，成为上下对称。重要的是，我们发现，由此产生的对称奇点是一个混合的初始顶部和底部的两侧，与一个权重因子，是可调的，通过调整通过颈部的气流。这种效应应该对演化的后期阶段有影响，包括卫星气泡的产生和沃辛顿喷流的形成。
2012-10-31 physics.flu-dyn
Modeling air entrainment in plunging jet using 3DYNAFS
当液体射流进入自由表面时，大量空气被夹带到水中并形成气穴。这些气穴最终破裂成小气泡，这些小气泡向下游行进以形成气泡尾流。为了更好地理解气泡夹带所涉及的基本流动物理学，在链接的视频中，通过使用3DYNAFS软件套装对由于水射流冲入静止水池而引起的空气夹带进行了数值研究。流场的数值模拟是通过粘性模块3DYNAFS-VIS直接求解纳维-斯托克斯方程，采用水平集方法捕捉自由表面。将3DYNAFS-VIS与拉格朗日多气泡跟踪模型3DYNAFS-DSM耦合，模拟了气泡的破碎过程（Hsiao & Chahine，2003），其根据基于Ma等人（2011）提出的子网格空气夹带建模的局部液体/气体界面流动条件将气泡排放到液体中，并使用运动方程和气泡动力学来跟踪液体流中的所有气泡。通过结合Martinez-Bazan等人（1999）开发的气泡破裂模型，对分散的气泡进一步破裂成更小的气泡进行建模。采用MPI-OpenMP混合并行方案实现了软件的并行化。该视频描述了直径为4 cm的水射流以4 m/s的速度撞击，气穴的夹带和破裂伴随着强烈的产生和与涡结构的相互作用，以及随后的气泡流。此视频已提交给画廊的流体运动2011年，这是一个年度展示流体动力学视频。
2011-10-15 physics.flu-dyn
Dispersion of air bubbles in isotropic turbulence
气泡在许多自然和工业流动中的化学物质和营养物质的运输中起着重要作用。它们的分散对于理解这些流动中的混合过程至关重要。在这里，我们报告的分散毫米气泡在均匀和各向同性湍流雷诺数$\text{Re}_λ$从$110$到$310$。我们发现，在湍流中的气泡的均方位移（MSD）远远超过流体示踪剂。MSD显示了两种制度。在短时间内，它以弹道方式生长（$\propto τ^2$），而在更长时间内，它接近MSD $\propto τ$的扩散状态。引人注目的是，气泡从弹道向扩散的转变比流体早十年。我们发现，增强的分散和早期过渡到扩散制度可以追溯到非定常唤醒诱导运动的气泡。此外，气泡的扩散转变不是由湍流的积分时间尺度设定的（如对于流体示踪剂和微气泡那样），而是由上升气泡的涡流交叉的时间尺度设定的。目前的研究结果提供了一个拉格朗日的角度来理解混合湍流泡状流。
2018-06-30 physics.flu-dyn
Effects of non-condensable gas on laser-induced cavitation bubbles
该研究通过实验观测不同空气饱和度水中激光诱导单空化泡的溃灭过程，发现能量耗散、发光能量与气体含量有微弱关联，提出气泡形状扰动随饱和度降低放大进而影响发光的观点。
2024-01-27 physics.flu-dyn
Study of air-core vortical flow structure induced by a plughole vortex
本文研究了静止矩形水箱排水时排水管中塞孔涡的产生及其后果。对不同直径的排水管，在排水管入口处开始出现表面倾斜的临界水深和最小水深进行了参数化分析。这项研究探讨了以下自然发生的现象所产生的塞孔涡。(i)塞孔涡流最初导致表面下沉朝向排水管的入口发展，并且随着表面下沉接近排水管的入口，其产生液滴状气泡。(ii)一种独特的气泡转变，即，从液滴形到甜甜圈形的气泡环，发生在液滴形气泡从表面凹陷分离之后。(iii)环形气泡环随排水流动，并在排水管中最初引起气泡流。(iv)随着排水管入口上方的水头减小，液滴状气泡尺寸增大，气泡环尺寸随之增大，并在排水管中引起段塞流。(v)当段塞结合时，排水的流动最终成为排水管中的环形流动。声音，如瞬间嘶嘶声和气泡槽排水，被观察到作为气泡形成过程的结果而产生。研究了气泡形状和大小的时间变化。在0.45 ~ 0.6的范围内，气泡直径与气泡长度的比值与水深与排水管直径的比值成线性关系。几个排水情况下进行了数值模拟，观察这些自然发生的现象的物理。采用涡核法对由塞孔引起的涡的形状和大小进行了可视化和分析。
2020-12-21 physics.flu-dyn
Surface bubble lifetime in the presence of a turbulent air flow, and the effect of surface layer renewal
本研究通过模拟海风湍流的实验装置，探究含表面活性剂与盐溶液中表面气泡的排液及寿命，证实表层更新的必要性，明确蒸发、杂质等因素对气泡寿命及分布的调控规律。
2025-09-03 physics.flu-dyn
Formation and displacement of bubbles in a packed bed
流体动力学视频显示了注入浸没在水中的填充床中的气体流，并且流体动力学视频呈现了所涉及的动力学。水和填充床的折射率非常相似，可以看到球形颗粒的边缘。可以观察到两种不同的方案。第一种是低空气流速时，其特征是空气通过颗粒间的间隙空间渗流。第二种情况是，对于高空气流速，其特征在于空气在填充床内积聚而没有渗滤，可以观察到气泡将颗粒拉开。此外，对于第一种情况，颗粒的位置保持恒定，而对于第二种情况，颗粒的循环由气泡流引起。
2010-10-18 physics.flu-dyn
Maximal air bubble entrainment at liquid drop impact
当液滴撞击固体表面时，气泡会被截留。在这里，我们表明，两个竞争的影响，最大限度地减少（相对）的大小，这个夹带的气泡：对于大滴的冲击速度和大液滴的液体的惯性，夹带的气泡，而小的冲击速度和小液滴的毛细作用力最小化夹带的气泡。然而，我们通过实验、理论和数值计算证明，在这两者之间存在一个最佳值，导致最大的气泡截留。我们的研究结果对印刷技术、微电子、浸没式光刻、诊断或农业的各种应用都有很大的影响。
2012-05-21 nlin.PS physics.flu-dyn
Effects of Marangoni and drag forces on the transition from vapor-rich to air-rich bubbles
本文研究非脱气水中局部光热加热下富汽泡向富气泡的转变，揭示曳力与马兰戈尼力随气泡半径的不同标度关系决定气泡运动方向，为稳定形成富汽泡提供条件依据。
2024-01-15 physics.app-ph physics.flu-dyn
Vorticity-induced flow-focusing leads to bubble entrainment in an inkjet printhead: synchrotron X-ray and volume-of-fluid visualizations
喷墨打印头中存在的振荡流可导致喷嘴出口处的空气-液体界面的强烈变形。这样的变形可能导致具有气泡夹断的向内指向的空气射流和随后的气泡夹带，这对喷墨打印的稳定性非常有害。因此，了解气泡夹带的机制对于提高打印稳定性至关重要。在目前的工作中，我们使用超快X射线相衬成像和直接数值模拟的基础上的体积的流体方法来研究的机制，在压电声学打印头的气泡夹带。我们首先证明了实验和数值之间的良好协议。然后，我们展示了不同类别的气泡夹断实验中获得的，这些也被捕获的数值。数值结果表明，斜压扭矩，这是在气液界面处产生的，由于密度和压力梯度的错位，导致在流动聚焦效应，驱动形成的空气射流，从气泡可以夹断。
2022-08-08 physics.flu-dyn
Dynamics of a toroidal bubble on a cylinder surface with an application to geophysical exploration
在地震气枪震源的操作期间，一定量的压缩高压空气从气枪腔室释放到周围水中，产生附着到气枪主体的膨胀环形气泡。气泡的后续振荡产生低频压力波，其用于绘制海底，例如，来寻找石油和天然气储量。气泡的动力学行为和发射的压力波不可避免地受到气枪体的影响。然而，气泡-气枪-物体的相互作用还远未得到很好的理解。本文通过大量的边界积分数值模拟研究了长圆柱体与环形气泡之间的强相互作用，旨在为气枪-气泡动力学研究提供新的物理见解。首先，整体的物理现象进行了讨论，并确定了三种类型的气泡崩溃模式，即（i）向上喷射由于重力，（ii）环形喷向圆柱体和（iii）弱/无射流。随后，我们研究了圆柱半径、初始气泡压力和弗劳德数对气泡振荡周期和气泡诱导的压力波的影响。最后讨论了圆柱体对Sercel型气枪气泡的冲击作用，重点讨论了压力波的频谱。
2020-06-08 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Stabilization of vapor-rich bubble in ethanol/water mixtures and enhanced flow around the bubble
本研究通过光热加热乙醇/水混合物，在无需脱气的条件下稳定生成富蒸汽气泡，揭示了其长期稳定的机制，且5 wt%乙醇浓度下的气泡流速可达脱气水的6-11倍，该流动可用于微流体驱动与混合。
2024-05-20 physics.flu-dyn
How soap bubbles change shape while maintaining a fixed volume of air?
结合实验与理论，研究了拉伸肥皂泡在体积守恒约束下的形状演化与破裂机制，揭示了其与开放薄膜在稳定性及凸凹转变上的关键差异，对非平衡流体力学等领域具重要意义。
2024-12-21 physics.flu-dyn
Air entrainment and granular bubbles produced by an impinging jet of grains into water
一股水流进入同一种液体的池中会产生空气夹带，并形成气泡，这些气泡迅速上升到表面并解体。在这里，我们报告的同等现象所产生的暴跌干颗粒射流，迄今尚未探索。对于小于临界尺寸的颗粒，进入池中的颗粒射流产生空气夹带，导致气泡形成。由于毛细作用引起的凝聚力，形成的气泡被附着在气泡空气-水界面上的颗粒壳覆盖。与经典的气泡相比，这些“颗粒状气泡”随着时间的推移是稳定的，因为颗粒状壳防止聚结，并且如果气泡上升到表面或下沉到池的底部，则保持空气被封装，这由浮力和组件的重量的竞争决定。在实验上，我们展示了气泡的大小和卷吸空气的体积取决于颗粒尺寸，液体性质和射流冲击速度。
2019-12-07 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Comment on ``Air bubbles in water: A strongly multiple scattering medium for acoustic waves" [Phys. Rev. Lett. 84, 6050, 2000]
我们评论最近的一封信在物理。（M.卡费萨基河S. Penciu和E. N. Economou，Phys. Rev. Lett. { \bf 84}，6050（2000））
2000-07-04 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Air-water cavity in multi-plunging jet impacts
Université Lyon 1, LMFA, UMR5509, CNRS, École Centrale de Lyon, INSA Lyon（里昂第一大学，法国国家科学研究中心联合研究实验室5509，里昂中央理工学院，里昂国立应用科学学院）
本研究发现紧密排列的多射流冲击会形成穹顶状气水空腔，阐明其气泡产生等机制，测量不同参数下的空腔尺寸，提出其由液体卷吸形成的机制。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Motion of an air bubble under the action of thermocapillary and buoyancy forces
提出了一种新的处理表面张力梯度驱动流动的方法。使用一个开源的Navier-Stokes方程求解器，{ \it Basilisk}，和目前的配方，我们调查周围介质中的液滴/气泡的热毛细迁移。已经进行了几个验证练习，这表明，目前的求解器是一个强大的调查界面流动与可变表面张力。众所周知，由于界面张力而产生的切向和法向表面力的数值模拟是一项具有挑战性的任务。我们已经表明，本方法不需要人工涂抹的表面张力的界面，从而预测的终极速度的气泡/液滴迁移由于施加的温度梯度的理论值非常好。它还表明，本求解器提供了准确的结果表现出的重力和热毛细力的问题，同时，和有用的高粘度和密度比的系统。
2018-06-18 physics.flu-dyn
Gas-Vapor Interplay in Plasmonic Bubble Shrinkage
了解浸没在液体中并由共振光源照射的金属纳米颗粒周围形成的等离子体气泡的收缩动力学对于在许多应用中使用这些气泡至关重要。在本文中，我们的实验表明，并从理论上解释，等离子体气泡在其收缩过程中经历了两个不同的阶段：第一，由蒸汽冷凝和，第二，一个缓慢的扩散控制的气泡溶解的快速部分气泡收缩。气泡形成的历史在第一阶段的收缩动力学中起着重要的作用，因为它决定了气泡成分中的气体-蒸汽比。更高的激光功率导致更多的蒸汽气泡，而更长的脉冲和更高的溶解空气浓度导致更多的气泡。第二阶段的动力学几乎不依赖于气泡形成的历史，即激光功率和脉冲持续时间，但强烈地依赖于溶解的空气浓度，其限定了气泡界面处的浓度梯度。最后，对于第二阶段的气泡溶解，随着溶解空气浓度的降低，我们观察到从$R(t) \propto (t_0 - t) ^{1/3}$标度律到$R(t) \propto (t_0 - t) ^{1/2}$标度律的逐渐过渡，其中$t_0$是气泡的寿命，并从理论上解释了这种过渡。
2020-04-23 physics.flu-dyn
Air entrainment by an inclined smooth water jet
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire de Physique des Solides（固体物理实验室）；Carlos III University of Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Department of Thermal and Fluids Engineering（热流体工程系）；Sorbonne Université（索邦大学）；Soft Matter Sciences and Engineering, ESPCI Paris, PSL University（软物质科学与工程，巴黎高等物理化工学院，PSL大学）
研究倾斜水射流冲击水面时空气卷入机制，揭示波场不稳定性导致气泡分布的核心过程。
2026-05-12 physics.flu-dyn
Bubble entrainment in turbulent jets leaping from liquid surface
Ningbo Innovation Center, Zhejiang University（浙江大学宁波创新中心）；State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems, Zhejiang University（浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室）；Key Laboratory of Hydrodynamics (Ministry of Education), School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学海洋与土木工程学院水动力学教育部重点实验室）
本研究通过实验发现湍流水射流跃出液面时的气泡卷吸仅由出口速度决定，受剪切力与开尔文-亥姆霍兹不稳定性驱动，与射流形态无关，为空气卷吸机制提供了新见解。
2025-10-10 physics.flu-dyn
Bubble curtains for noise mitigation: one vs. two
本研究通过实验与数值模拟对比单层与双层气泡帷幕的噪声抑制效果，发现将气流分配到两层帷幕可增加最高11 dB的插入损耗，并指出考虑帷幕近歧管处未完全发展间隙可提升等效流体模型的预测精度。
2024-10-18 physics.app-ph physics.flu-dyn
Linking turbulent waves and bubble diffusion in self-aerated open-channel flows: Two-state air concentration
针对高弗劳德数自掺气明渠流的含气浓度剖面，提出结合湍流边界层与湍流波浪层弱相互作用的双态理论，经500余组剖面验证一致性佳，为相关数值建模奠基。
2023-07-19 physics.flu-dyn
Removing proteins or bacteria on a tilted surface using air bubbles
近年来，由于人们对可持续清洁方法的兴趣越来越大，用气泡清洁表面一直是讨论的话题。具体地，已经提出了使用气泡来消毒农产品的方法作为当前方法的生态友好的替代方案。在这项研究中，我们进行实验，以测试在不同角度的污染表面的清洁效果。我们使用两种不同类型的表面，表面覆盖有蛋白质溶液或细菌生物膜。我们的实验结果表明，气泡表现出最佳的清洁效果时，表面角为$θ\approx 20^{\rm{o}}$的多分散气泡在0.3-2 mm的范围内，平均半径为0.6 mm的半径。为了更好地理解其内在机制，我们对单个气泡以不同角度撞击表面进行了数值分析。数值计算和理论计算结果表明，剪切应力与滑动速度成正比，与膜厚成反比，导致最大剪切力出现在$θ\approx22^{\rm{o}} \approx π/8$处，与实验结果吻合较好。
2022-06-07 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Bubble Chandeliers
当水滴以非常低的速度撞击到水池表面时，它会被一层薄薄的空气覆盖，这层空气可以被拉伸成半球形。我们使用超高速视频成像来展示这个薄空气层是如何破裂的。这些破裂的数量和位置决定了所产生的无数微泡的形态。此流体动力学视频提交给2012年APS DFD流体运动画廊，这是美国物理学会流体动力学分会第65届年会的一部分（11月18日至20日，美国加利福尼亚州圣地亚哥）。
2012-10-14 physics.flu-dyn
Investigation of the dynamics of inner gas during bursting of a bubble at the free surface
在本研究中，模拟捕获的气泡在自由表面破裂的内部气体的排空动力学，使用基于欧拉的流体体积（VOF）方法。在气泡在自由表面破裂的连续阶段中，通过塌陷的气泡腔来估计和比较周围空气通过内部气体排空冲入气泡腔内部的速率。此外，通过比较位于未扰动表面上方不同高度的各个水平面，评估自由表面上内部气体的可达性。排出的内部气体伴随着涡环，涡环夹带周围的气相。在卷吸的连续阶段，涡环的时空特性。在低Bond数（< 1）时，通过比较气泡空腔内气体排空的相图，分别讨论了气体射流轴向增长和射流尖端径向膨胀的影响。此外，在呼吸过程中，上升的内部气体在自由表面上的轴向增长和在自由表面上破裂的气泡的涡环的径向扩展进行了比较，与周围的静止空气。最后，研究了在保持Bo不变的情况下，各种可能的泡罩非对称穿孔的效果。弯曲的气体射流的原因，作为一个后果的泡罩穿孔，不对称的，是通过绘制的速度矢量解释。
2021-01-29 physics.flu-dyn
Coupling the thermal acoustic modes of a bubble to an optomechanical sensor
本文实验观测水中气泡的 Minnaert 呼吸模式及兆赫级高阶声学模式，利用光力学传感器探测气泡热运动，并发现气泡包裹引起的弹性 Purcell 效应会改变传感器振动谱的线宽和谱线位移。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Rain Calms the Sea - The Impact of Entrained Air
我们提出了一个机制，在暴雨期间与空气气泡的雨滴注入短海洋重力波阻尼。该机制被认为是一种可能的解释，归因于雨对海洋表面波的平静作用。一个模型的开发，显示了如何波衰减增加气泡的存在下，在上游的海洋。该模型预测的有效波耗散系数，作为空气与水的体积比的函数，以及降雨率。该模型预测的耗散率与实验估计的有效波阻尼率是一致的。
2018-12-21 physics.flu-dyn
Gas Bubbles Emerging from a Submerged Granular Bed
这个流体动力学视频被提交到画廊的流体运动的2009年美国物理学会分部的流体动力学会议在明尼阿波利斯，明尼苏达州。在这个视频中，我们展示了一个简单实验的一些结果，在这个实验中，空气以已知的恒定流速通过单个喷嘴注入浸没在水中的颗粒床的底部。注入的空气以两种模式之一传播通过颗粒床。模式1的出现涉及小的离散气泡通过床的间隙空间采取曲折的路径。在模式1出现期间，多个小气泡可以同时在一系列位置中从床中排出。模式2的出现涉及大的离散气泡局部流化颗粒床，并在大约注射部位上方离开床。改变珠直径、珠密度和空气流速以研究颗粒床顶部气泡释放行为的变化。该系统是一个有用的模型，在湖泊中的甲烷渗漏。甲烷气泡是从湖床中有机物的分解中释放出来的。气泡的初始大小决定了有多少气体被吸收到湖中，有多少气体到达水面并释放到大气中。出现的气泡的大小和行为也可能影响湖中垂直混合的数量，以及从湖床到海底层的混合。
2009-10-16 physics.flu-dyn
Donut-shaped Bubbles Formed by Raindrops
单自由落体淡水滴产生无初速度的皮下注射针头，在海拔3.61米以上的一个仍然淡水表面。获得了撞击动态的高分辨率高速视频（0.13 mm/像素，500帧/秒）。在形成通常观察到的空腔、冠状物和冠状物（Prosperetti等人，1993年）后的几毫秒内，直径通常大于3.8 mm的水滴在撞击水面时持续产生环形（甜甜圈形状）气泡。从不同角度连续拍摄撞击动态的视频，并使用105 mm镜头聚焦于事件的不同区域。这些允许对观察到的现象进行定性描述和假设性解释，这些现象与实际视频片段一起呈现在由此显示的流体动力学视频中。视频显示了实验装置的卡通，随后是从2个不同的视角（正面和顶部）同时运行的水滴撞击水面的两个视频剪辑。由于事件发生时间不到1秒，视频被减慢到12帧/秒的帧速率。画面显示，空气被封闭的树冠的收敛边缘（或冠状）所捕获。空腔的最底部迅速上升，并与完全收敛的树冠边缘提供的下落的水体相撞。这顺便防止了二次射流的形成。不稳定的环形气泡的中心（或圆环孔）最终向外移动，从而产生半球形气泡。
2010-10-18 physics.flu-dyn
Dynamics of two air bubbles rising in a shear-thinning fluid
在本文中，我们研究了两个相同大小的气泡在剪切变稀流体中上升的三维动力学。我们使用结合水平集和流体体积（CLSVOF）方法来跟踪界面，维持质量平衡和估计界面曲率。此外，我们已经纳入了一个尖锐的表面力方法（SSF）的表面张力的力量。该方法显著抑制了常规流体体积法和连续体表面力（CSF）中常见的虚假速度。该算法在内部代码CUFLOW中实现，并在多个GPU平台上运行。我们探讨了流体流变学对两个在线气泡的三维动力学的影响。研究了两个幂律指数（0.5和1），以突出剪切稀化和牛顿流体的差异。对于一系列的参数在这里检查，气泡在剪切稀化流体中的运动被认为是不稳定的显着的形状振荡。此外，我们已经研究了上升速度，液滴上升路径，瞬态形状，并发现，由领先的气泡的运动的粘度的修改改变的动态的尾随气泡。
2023-01-17 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coating-free Underwater Breathing via Biomimicry
研究双重再entrant空腔在压力循环下捕获空气的仿生微纹理，发现气泡的三种动态状态，为无涂层水下技术提供指导。
2023-11-27 physics.flu-dyn
The influence of invariant solutions on the transient behaviour of an air bubble in a Hele-Shaw channel
我们假设，动力系统的概念，用于研究过渡到湍流的剪切流是适用于其他过渡现象的流体力学。在本文中，我们考虑了一个有限的气泡内传播的Hele-Shaw通道包含的深度扰动。最近的实验表明，气泡的形状变得更加复杂，量化的瞬态气泡尖端的数量增加，随着流速的增加。最终，气泡改变了拓扑结构，分裂成两个或更多具有非平凡动力学的不同实体。我们表明，定性相似的行为表现出的实验是由先前建立的，深度平均的数学模型，该模型的复杂的解决方案结构的后果。对于研究的气泡体积，一个稳定的不对称的气泡存在的所有感兴趣的流速，而第二个稳定的解决方案的分支发展以上的临界流速和对称和不对称的形状之间的过渡。双稳态区域由第二分支上的两个Hopf分支限定。通过开发一种方法的数值弱非线性稳定性分析，我们表明，不稳定的周期轨道来自在较低的流量的Hopf分岔，而且，这些轨道的边缘状态，影响系统的瞬态行为。
2019-07-30 math.DS physics.flu-dyn
Bubble formation during the collision of a sessile drop with a meniscus
如在诸如浸涂的工艺中遇到的，固着液滴与移动弯月面的冲击通常导致小气泡的截留。在这里，我们通过使用高速成像观察液体来实验性地研究气泡形成的过程。我们的中心发现是，截留的气泡的大小至关重要地取决于在哪里开始的滴和移动的弯月面之间的聚结的位置：（i）在一个有限的高度以上的基板，或（ii）正好在接触线。在第一种情况下，我们通常会发现几微米量级的气泡大小，与撞击液滴的大小和速度无关。相比之下，当在接触线处开始聚结时形成的气泡随着撞击液滴的尺寸或速度增加而变得越来越大。我们展示了如何从空气层中的润滑压力和滴的毛细管压力之间的平衡来解释这些观察结果。
2013-01-14 physics.flu-dyn
Ostwald ripening for air bubbles and decompression illness: phenomenological aspects in diving
气泡在液体中的奥斯特瓦尔德熟化现象主要存在于气体从较小气泡向较大气泡的转移中。进行了一项实验，其中再现了在具有人血液的某些流变参数的液体流体中气泡的奥斯特瓦尔德熟化。在那里，它已被测量的气泡平均半径，气泡的数量和半径尺寸分布的时间演化，其中初始气泡半径归一化分布的行为像Tsallis（$q$ -威布尔）分布。主要结果之一表明，虽然气泡的数量随着时间的推移而减少，但气泡的平均半径增加，因此较小的气泡消失，而对潜水员来说可能是危险的，较大的气泡长大。因此，据推测，这种气泡增宽效应可能会导致减压病，即使是最低限度的减压病和动脉气体栓塞。Ostwald扩展到RGBM（简化梯度气泡模型）减压时间表的初步结果加强了这一猜想，该减压时间表用于闭合回路再呼吸器（CCR）下潜至420 fsw（128 m），使用21/79 Heliox气体混合物。
2019-12-05 cond-mat.soft physics.app-ph physics.bio-ph
Curvature Singularity in the Asymmetric Breakup of an Underwater Air Bubble
在水下气泡的初始形状中存在轻微的方位不对称性完全改变了最终的破裂动力学。在这里，我通过将气泡表面演化模拟为对应于无粘、二维、平面内爆的汉密尔顿演化来研究初始不对称性对最终破裂的影响。我发现两种类型的分裂：以前报道的聚结模式，其中沿空气-水表面的遥远区域向内弯曲，并最终以有限的速度碰撞，以及迄今为止未知的尖状模式，其中表面开发尖锐的尖端，其曲率半径远小于平均颈部半径。我提出了三套结果，表征这种尖点模式的性质。首先，我表明，尖点模式对应于一个鞍结。换句话说，向具有尖锐尖端的横截面形状的演化总是在后来远离它演化。在相空间中，这种鞍结分离了聚结模式，其聚结平面位于不同的空间方向。第二，我表明，形成的尖锐的尖端可以被解释为一个弱的一阶过渡，成为二阶，对应于形成的有限时间曲率奇点，在初始扰动振幅接近零的限制。第三，当曲率奇点接近时，最大表面曲率近似发散为$(t_c - t)^{-0.8}$，其中$t_c$是奇点的起始时间，最大速度近似发散为$(t_c-t)^{-0.4}$。在实践中，这些分歧意味着粘性阻力和压缩性的气体流，两个效果不包括在我的分析，成为显着的界面向曲率奇异性发展。
2012-02-29 physics.flu-dyn
Fast and slow surfactants in turbulence-driven bubble breakup
Princeton University（普林斯顿大学）
研究发现表面活性剂和盐对湍流气泡破裂有显著影响，快速吸附的表面活性剂可显著增加小气泡数量并改变其尺寸分布。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Beamed UV sonoluminescence by aspherical air bubble collapse near liquid-metal microparticles
用UV-C波段紫外光照射是对被病原体如细菌和病毒污染的水进行消毒的最常用的方法之一。声致发光，即水中气泡的声致破裂所发出的光，是产生UV-C光的有效手段。然而，因为在大量水中塌陷的球形气泡产生各向同性辐射，所以所产生的UV-C光通量不足以消毒。在这里，我们表明，我们可以创建一个紫外光束从非球面气泡崩溃附近的镓基液体金属微粒。该光束垂直于金属表面，并且由声致发光光与金属的UV等离子体激元模式的相互作用引起。我们计算出，这样的光束可以产生超过$10$ mJ/cm $^2$的能量密度，这足以不可逆地将大多数常见的病原体在浊度超过$5$浊度单位的水中杀灭。
2019-05-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Bayesian calibration of bubble size dynamics applied to CO2 gas fermenters
本文通过神经网络代理加速的逆建模和贝叶斯推断，校准CO2发酵罐中气泡破裂与聚并模型，发现破裂速率需提高一个数量级，并验证了模型在独立配置中的泛化能力。
2025-01-22 physics.flu-dyn
Jet Size Prediction in Compound Multiphase Bubble Bursting
针对吸附污染物对气泡破裂射流动力学影响尚不明确的问题，研究了复合污染物层对射流半径的影响，建立线性化波阻尼模型并提出修正Ohnesorge数，为气溶胶粒径预测和气载污染物传输建模提供参考。
2025-01-17 physics.flu-dyn
3D shock-bubble interactions at Mach 3
我们提出了一个模拟的冲击波与轻球密度不均匀性的相互作用。采用5阶WENO基元重构、HLL型数值通量和3阶TVD时间推进格式，在三维均匀分辨率有限体积法中求解两相可压缩流动的Euler方程。在这项研究中，一个正常的马赫数3的空气中的冲击波是针对一个氦泡与界面阿特伍德数为-0.76。我们在一个超级计算集群上使用了40亿个细胞，并展示了这种流动的发展，直到相对较晚的时候。激波通道压缩气泡，并在界面上沉积斜压涡量。涡量和压缩的初始分布导致空气射流的形成、界面卷起和持久涡核（白色核）的形成。压缩上游的气泡变成一个混合区，并作为涡环的距离从这个混合区，形成并维持羽状区域。在以前的实验工作中已经报道了密切的观察。可视化是在一个流体动力学视频。
2012-10-14 physics.flu-dyn
Influence of dissolved gas concentration on the lifetime of surface bubbles in volatile liquids
School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）；State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）
本研究探讨了溶解气体浓度对挥发性液体中表面气泡寿命的影响，发现气泡寿命随溶解气体浓度增加而减少，并建立了气泡寿命的标度定律。
2025-12-17 physics.flu-dyn
Spectra of Stable Non-Noble Gas Single Bubble Sonoluminescence
一个普遍接受的观点是，稳定的单泡声致发光（SBSL）只能在惰性气体或氢气的存在下实现。在空气播种气泡中，双原子气体的含量被烧掉，留下维持稳定操作所需的少量氩气。在这里，我们报告说，长期稳定的SBSL可以持续只有氮气，氧气，或氮/氧混合物存在。与稳定的氩泡相比，这种辐射要弱得多，光谱看起来也冷得多。振荡态以及回收状态也被观察到。一个有趣的饱和效应似乎与气泡中水蒸气的存在有关。
2006-04-20 physics.flu-dyn
Bubble visualization in a simulated hydraulic jump
这是在圣安东尼瀑布实验室进行的二维和三维计算流体动力学模拟的流体动力学视频。使用开源数值求解器OpenFOAM模拟瞬态水跃。采用可实现的k-ε湍流模型，采用流体体积法进行数值计算。本研究的目的是模拟瞬态水跃中的空隙率和气泡尺寸。这个流体动力学视频描述了弗劳德数为4.82的水跃内的空气夹带特性和气泡行为。
2013-10-09 physics.flu-dyn
Bubble damping of non-stationary oscillatory flow stabilization in microfluidic systems
Condensed Matter Physics Department, Physics Faculty, University of Barcelona, Spain（巴塞罗那大学物理学院凝聚态物理系）
针对微流体振荡流不稳定性问题，推导出表征截留空气阻尼效应的第一性原理模型，以无量纲乘积统一空气可压缩性与流体阻力，精确预测液前沿动力学，为微流体系统提供严格设计工具。
2025-11-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Abyss Aerosols
本文揭示了一种新的水下气泡内部产生亚微米液滴的机制，指出大部分海雾气溶胶源于水下碰撞气泡间液膜的拍打不稳定性，重塑了对海雾气溶胶产生及水-空气界面物质传输的理解。
2023-10-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Birth of a bubble: Drop impact onto a thin liquid film for an immiscible three-fluid system
Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；York University（约克大学）
研究不可混溶三流体系统中液滴冲击薄液膜时气泡形成的机制，通过数值模拟揭示液膜变形和气层润滑对气泡形成的关键作用。
2025-12-07 physics.flu-dyn
Thin Film Formation During Splashing of Viscous Liquids
在撞击到光滑干燥的表面上之后，一滴粘性液体最初以厚薄片的形式扩散。如果液滴飞溅，它首先发出一个薄的流体片，最终可以分裂成液滴，导致飞溅。周围的气体对形成这种薄片至关重要。纸张弹出时间$t_{ejt}$取决于冲击速度、液体粘度、气体压力和分子量。中心气泡在压力甚至低于该片材形成所需的压力下被捕获在液滴下方。此外，当存在弹出的片材时，气泡被夹带在展开的薄片下方。空气夹带在独立于液滴冲击速度以及环境气体压力的薄层速度处停止。
2010-08-19 physics.flu-dyn
Shape oscillation of bubbles in the acoustic field
作者在本流体动力学视频中介绍了暴露于超声波的多个气泡在水中上升时的动力学。着重研究了气泡的形状振荡以及气泡从体积振荡向形状振荡的过渡。介绍了气泡尺寸与形状振荡激发机理之间的关系。
2009-10-22 physics.acc-ph physics.flu-dyn
Airfoil Synchronous Surging and Pitching
本研究通过理论与实验首次验证了翼型同步沉浮与俯仰的一般非定常理论，揭示了升力系数不能由独立叠加表示，并发现气泡破裂动态失速机制对转子性能和噪声有重要影响。
2024-08-20 physics.flu-dyn
