The clustering morphology of freely rising deformable bubbles
我们研究了一群自由上升的可变形气泡的聚集形态。一个三维的Voronopsis分析，使我们能够定量区分两种典型的聚类配置：优先聚类和网格状结构。气泡的数据是从直接数值模拟（DNS）使用的前沿跟踪方法。结果表明，气泡的变形（以纵横比χ表示）在决定哪种类型的聚簇中起着重要作用：χ<~ 1.015的近球形气泡形成网格状结构，而变形较大的气泡则表现出优先聚簇。值得注意的是，这个标准的聚类形态保持不同直径的气泡，表面张力，和粘度的液体在研究的参数制度。这种聚集行为的机制与气泡表面产生的涡量有关。
2012-12-04 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
Two-stage dispersion mechanism of clean spherical bubbles rising in a chain
Shizuoka University（静冈大学）
研究揭示清洁球形气泡链上升过程中，初始不稳定由涡流作用主导，随后通过气泡与液体的双向耦合产生大尺度横向分散，表明存在双阶段机制。
2026-07-10 physics.flu-dyn
Rising bubbles draw surface patterns: a numerical study
School of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学工程科学学院）；Department of Energy and Power Engineering, Tsinghua University（清华大学能源与动力工程系）；State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, IMECH & UCAS（中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室）
本研究通过数值模拟发现，气泡在上升至液体表面时会自我组织成规则图案，提出理论模型量化了分支数与释放周期的关系，并预测了特定臂数出现的概率。
2026-01-27 physics.flu-dyn
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
A pair of oblate bubbles rising in-line: a linear stability analysis
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
研究揭示了椭球状气泡直线上升稳定性主要由倾斜诱导升力控制，并通过统一框架解释其在不同惯性与变形范围内的静止与振荡过渡。
2026-03-08 physics.flu-dyn
On viscid-inviscid interactions of a pair of bubbles rising near the wall
在槽道湍流泡状流的系列实验中，观察到了近壁处的泡团，这种泡团可以改变大尺度的流场结构。为了深入了解聚团机制，我们研究了一对球形气泡在垂直通道中上升的相互作用，通过结合实验和建模。实验成像确定，1.0 mm直径的成对气泡根据其相互距离采取两种优选配置：短距离的并排位置（$S<5$）和长距离的近直线倾斜位置（$S>5$），其中$S$是由气泡半径归一化的相互距离。在该模型中，我们制定了成对的气泡在$Re=O(100)$上升的运动。分析阻力和升力，和半经验，时空随机强迫分别代表平均加速度和波动，由于湍流搅动。通过比较气泡的拉格朗日统计量，验证了模型的有效性。使用该模型的模拟确定两个不同的时间尺度的相互作用动力学阐明的首选配置。对于最初在一条直线上的气泡对，尾随气泡迅速从领先气泡的粘性尾流中逃逸，以采取倾斜位置。在尾流外，尾泡在势相互作用的驱动下以较慢的速度沿曲线路径行进，并水平地接近领先气泡，从而成为并排的。此外，统计分析表明，尾流和搅拌的组合可以显着加速并排集群的直列对。这些结果表明液体粘度和湍流对气泡簇的形成有积极的贡献。
2020-10-16 physics.flu-dyn
Taylor dispersion of bubble swarms rising in quiescent liquid
本研究通过3D拉格朗日追踪气泡和示踪粒子，揭示了静息水中上升气泡群的扩散特性，发现其水平均方位移因尾流诱导和湍流阻尼产生振荡，垂直扩散显著快于单气泡情况，并阐明了不同尺寸气泡群中示踪粒子的过渡时间差异机制。
2025-05-16 physics.flu-dyn
Global linear stability of the bubble rising in the presence of a soluble surfactant
本研究通过数值与实验结合，利用全局线性稳定性分析揭示了可溶性表面活性剂存在下气泡上升路径失稳的机制，发现临界Galilei数以上扰动粘性应力力矩减小是失稳的关键，且预测与实验无需拟合参数即吻合。
2025-06-20 physics.flu-dyn
Mixing induced by a bubble swarm rising through incident turbulence
本文介绍了一组高雷诺数气泡在近均质各向同性湍流中上升引起的混合的实验研究。气泡注入前载流的气体体积分数$α$和速度波动$u'_0$分别在$0\leq α\leq 0.93\%$和2.3 cm/s $\leq u'_0 \leq 5.5$ cm/s范围内变化，导致气泡参数$b$在[0，1.3]范围内变化（$b = \frac{V_r^2 α}{{u'}_0^2}$，其中$V_r$是相对上升速度）。水平方向上的混合可以模拟为扩散过程，具有有效扩散率$D_{xx}$。两种不同的扩散制度的实验观察，根据湍流强度。在低湍流水平下，$D_{xx}$随气体体积分数$α$增加，而在高湍流水平下，$D_{xx}$的增强可以忽略不计。当通过连续气泡通过的时间尺度归一化时，有效扩散率可以被建模为气体体积分数$α^* \equiv α/α_c$的唯一函数，其中$α_c$是理论上估计的临界气体体积分数。目前的探索性研究提供了深入的模拟湍流中的高雷诺数气泡诱导的混合。
2018-12-26 physics.flu-dyn
Soft-lubrication effect on the lateral migration of a slightly deformed bubble rising near a vertical plane wall
对静止液体中垂直壁面附近缓慢上升的气泡在形变诱导下的横向迁移进行了数值和理论研究。特别是，我们的重点是设置在一个小的间隙$c$之间的气泡界面和壁的情况。实验测量的迁移速度（Takemura等人，（2002，J. Fluid Mech. { \bf 461}，277））的速度高于通过可用的分析解估计的速度（Magnaudet等人（2003，J. Fluid Mech. { \bf 476}，115））使用Faxén镜像技术用于$κ(=a/(a+c))\ll 1$（此处$a$为气泡半径），当间隙参数$ε(=c/a)$与单位相当或小于单位时，通过求解Stokes方程，基于边界拟合有限差分法进行了数值分析，以补充实验。为了提高对气泡壁间隙内的挤压流的作用的理解，基于软润滑方法的理论分析（Skotheim & Mahadevan（2004，Phys. Rev. Lett. { \bf 92}，245509））。本文的分析表明，运移速度标度$\propto{\rm Ca}\ ε^{-1}V_{B1}$（这里，$V_{B1}$和${\rm Ca}$分别表示上升速度和毛细管数）在$ε\to 0$的极限范围内。
2010-09-19 physics.flu-dyn
Transient bubble rising in the presence of a surfactant at very low concentrations
本文研究了极低浓度表面活性剂下气泡上升时动态吸附层的形成，通过实验与模拟揭示了其分为对流、吸附-解吸和扩散控制的三个阶段，并解释了上升速度和表面浓度的非单调行为。
2024-09-24 physics.flu-dyn
On the lateral migration of a slightly deformed bubble rising near a vertical plane wall
对静止液体中垂直壁面附近缓慢上升的气泡在形变诱导下的横向迁移进行了数值和理论研究。特别是，我们的重点是设置在一个短的间隙$c$之间的气泡界面和壁的情况。其动机是，数值和实验测量的迁移速度大大高于使用Faxén镜像技术对$a/(a+c)\ll 1$进行分析的速度（此处$a$为气泡半径），当间隙参数$\varepsilon(= c/a)$与1相当或小于1时，基于边界拟合有限差分法求解Stokes方程的数值分析是对实验的补充。随着$\varepsilon$的减小，高阶变形模式对迁移速度的影响更大。数值模拟进行了比较，从润滑研究的一个近球形的下降，它描述了气泡壁间隙内的挤压流的作用，获得的理论迁移速度。数值分析和润滑分析一致地表明，当$\varepsilon\leq 1$时，润滑效应使迁移速度渐近为$μV_{B1}^2/(25\varepsilon γ)$（这里，$V_{B1}$、$μ$和$γ$分别表示上升速度、液体的动力粘度和表面张力）。
2010-07-12 physics.flu-dyn
The evolution of energy in flow driven by rising bubbles
我们调查直接数值模拟的流动，上升的气泡在原来静止的流体造成的。我们采用欧拉-拉格朗日方法与双向耦合和周期性边界条件。为了能够处理多达288000个气泡，必须引入以下近似和简化：（i）将气泡视为点粒子，因此（ii）忽略它们之间的近场相互作用，以及（iii）使用升力和阻力的有效力模型。特别地，升力系数被假定为1/2，独立于气泡雷诺数和局部流场。结果表明，由于从小尺度到大尺度的逆能量级联，产生了大尺度运动。然而，由于泰勒-雷诺数仅在1的范围内，因此具有-5/3的指数的能谱的相应标度不能在明显的范围内发展。在长期，本地的能量传递的属性，真正的湍流的特点，是失去了和输入的能量等于粘性耗散在所有尺度。由于缺乏强涡流，气泡在流动中相当均匀地扩散。均匀扩散的机制如下：上升的气泡在它们后面产生一个速度场，该速度场作用于后面的气泡。由于剪切，这些气泡经历使它们向左或向右扩散的升力，从而防止垂直气泡簇的形成，从而防止有效的强制。事实上，当升力在模拟中人为地置为零时，流动被更有效地推动，并且在大尺度上实现了更显著的能量积累。
2009-02-02 physics.flu-dyn
Computational analysis of single rising bubbles influenced by soluble surfactant
本文提出了新的见解的影响，可溶性表面活性剂对气泡流的直接数值模拟（DNS）。表面活性剂是两亲化合物，它们在流体界面处积聚并显着改变各自的界面性质，还影响流动的整体动力学。借助于DNS，可以访问气泡表面上的表面活性剂分布等局部量，以便更好地理解靠近界面发生的物理现象。物理模型的核心部分在于描述表面活性剂在本体和可变形界面上的输运。该解决方案的过程是基于任意拉格朗日欧拉（ALE）界面跟踪方法。现有的方法得到了加强，以描述更广泛的物理现象。亚网格尺度（SGS）模型采用的情况下，完全解决DNS的物种运输是不可行的，由于高网格分辨率的要求，因此，计算成本高。经过详尽的验证的最新数值的发展，DNS污染的解决方案中的单个上升气泡的实验结果进行比较。DNS正确地再现了上升气泡，特别是污染气泡的全速度瞬态。模拟结果进行了研究，以获得更好的理解下，可溶性表面活性剂的作用下的局部气泡动力学。其中一个主要的见解是，准稳态的上升速度达到没有广告和解吸必须在局部平衡。
2018-12-13 physics.flu-dyn
Experimental investigation of the turbulence induced by a bubble swarm rising within an incident turbulence
本文报道了在均匀各向同性湍流中，在高雷诺数下上升的均匀气泡群的流动特性的实验表征。气泡注入前载流的气体体积分数α和速度波动分别在0% <α < 0.93%和2.3 cm/s < urms < 5.5 cm/s范围内变化。所谓的气泡参数用于比较由气泡产生的动能与由入射湍流产生的动能的比率，并且在0到1.3之间变化。有条件的测量气泡在垂直方向上的下游的速度场，使我们能够解开三个区域，具有特定的统计特性，即主唤醒，二次唤醒和远场。虽然在初级尾流的波动类似于一个单一的气泡在静止的液体中上升，在远场的速度波动的统计遵循高斯分布，类似于均匀和各向同性的湍流在最大尺度上产生的一个。在二次尾流区，速度波动的条件概率密度函数（pdf）是不对称的，并显示出指数尾的正波动和高斯一个负波动。因此，总搅拌的结果从这三个贡献的组合，并主要取决于气泡参数。
2017-06-08 physics.flu-dyn
Path of a pair of deformable bubbles rising initially in line and close to a vertical wall
本研究数值模拟靠近垂直壁面、初始成直线上升的可变形气泡对，揭示 Ga 与 Bo 控制下的无旋/有旋竞争如何导致两种不同平面内的横向分离机制。
2025-01-11 physics.flu-dyn
Effect of bubble deformability on the vertical channel bubbly flow
本文介绍了流体动力学视频：“气泡变形能力对垂直通道泡状流的影响”。采用直接数值模拟的方法研究了垂直湍流通道中气泡变形能力对气泡上升流流速的影响。一系列的模拟与减少变形性的气泡揭示了一个急剧的过渡，从一个流动的变形气泡均匀分布在中间的通道与近球形气泡的壁峰气泡分布和一个低得多的流速的流动。
2012-10-11 physics.flu-dyn
Experimental and numerical investigation of reactive species transport around a small rising bubble
在这篇文章中，我们提出了实验和数值技术来研究的转移，运输和化学物种在附近的上升气泡的反应。在实验中，直径d b = 0.55的单个氧气气泡。. . 0.85 mm被释放到充满自来水的测量池中。氧气溶解并与亚硫酸盐反应生成硫酸盐。激光诱导荧光被用来可视化的气泡尾流中的氧浓度，从整体的传质系数可以计算。基于铼的荧光染料似乎是表面活性的，使得与没有荧光染料的实验相比，上升速度降低高达50%，并且在气泡尾流中形成再循环区。为了获得界面处的局部传质，我们进行了互补的数值模拟。由于荧光示踪剂是必不可少的实验方法，表面污染的影响也被认为是在模拟中。我们采用了一些改进的实验和数值计算程序，允许定量比较（本地和全球）。实验、模拟和文献结果在上升速度和传质系数方面基本一致。由于荧光示踪剂经常用于传质实验，我们讨论了其潜在的表面活性。
2018-11-09 physics.flu-dyn
Drag coefficient of a rising bubble in a shear-thinning fluid using the power-law scheme coupled with a Cahn-Hilliard equation with a variable mobility: A lattice Boltzmann study and comparison with experiment
本文研究了幂律流体中由牛顿流体和非牛顿流体组成的多组分流体的流动行为，特别是气泡上升的终极速度。最近的格子玻尔兹曼（LB）模型扩展使用幂律方案，能够模拟在高密度和粘度比的牛顿和非牛顿流体流动。此外，在这项研究中引入了一个可变的流动性，以尽量减少非物理误差周围的小气泡的域。一个三组分流体流动系统的检查使用恒定和可变的流动性。结果表明，迁移率变化时各组分的稳定性更好，而迁移率不变时，各组分的界面耗散逐渐增加，质量逐渐减少。此外，两个测试案例，包括幂律流体驱动的两个平行板之间的流动进行了显示的准确性和能力的模型。为了找到一个网格独立的计算域，网格独立性测试进行表明，200*400域大小是适合我们的计算。然后，上升气泡的终极速度与文献中现有的关联式进行了比较，结果表明，与现有的研究，使在6个不同的情况下的平均相对误差为5.66%，结果是吻合得很好。此外，模拟的例子显示出良好的符合实验结果的雷诺数和Eotvos数的范围内。
2022-07-19 physics.flu-dyn
Path instability of deformable bubbles rising in Newtonian liquids: A linear study
本研究利用含自由演化界面不可压缩流动的全局线性稳定性数值工具，探究牛顿液体中上升可变形气泡的路径不稳定性初始阶段，分析不同流体中的分岔 regime 及变形对分岔的影响，预测结果与实验数据吻合良好。
2023-12-20 physics.flu-dyn
Lateral migration and bouncing of a deformable bubble rising near a vertical wall. Part 2. Highly inertial regimes
本研究数值模拟高惯性下近壁气泡行为，发现高伽利略数时气泡经弹跳逃离壁面，低伽利略数时周期性弹跳，并揭示马格努斯效应与壁面捕获机制竞争决定气泡轨迹。
2025-01-28 physics.flu-dyn
Three-dimensional dynamics of a pair of deformable bubbles rising initially in line. Part 2: Highly inertial regimes
浮力驱动的动力学的一对气泡释放线的数值研究，专注于高惯性条件下，孤立的气泡遵循非直线路径。在早期阶段，第二个泡沫总是从第一个泡沫的尾流中漂移出来。然后，取决于定义伽利略（$Ga$）和债券（$Bo$）的系统数的浮力，粘性和毛细管力的比率，五个不同的制度，具体到这样的条件，其中两个气泡可能会独立地上升或继续相互作用，并可能在最后碰撞。在前一种情况下，它们通常在同一平面内或在两个不同的平面内执行大幅度的平面双折射，这取决于领先气泡的扁率。然而，对于足够大的$Ga$和足够低的$Bo$，它们遵循几乎垂直的路径，具有小幅度的不稳定的水平偏差。增加$Bo$会使尾流诱导的对领先气泡的吸引力更强，迫使两个气泡在上升过程中垂直重新排列一次或多次。在这样的序列中，尾流涡流可能会击中尾随的气泡，使其路径偏转，并根据情况，促进或阻碍进一步相互作用的可能性。在某些情况下，改变分开两个气泡的初始距离会改变它们的横向分离超过初始阶段。同样，微小的初始角度偏差有利于选择两个气泡共同的单个垂直上升平面。这些变化可能会极大地影响串联的命运，因为取决于$Bo$，它们促进或阻止未来的垂直重新排列。
2022-01-23 physics.flu-dyn
Simulating spiraling bubble movement in the EL approach
模拟上升气泡的详细运动可能具有挑战性，特别是在气泡路径不稳定性方面。自由上升的椭球形气泡不仅可以沿直线运动，而且可以沿正弦曲线、锯齿曲线或螺旋曲线运动。普通的欧拉-欧拉（EE）模拟技术不再能够解决实际的运动模式，并且当模拟大量气泡时，直接数值模拟（DNS）往往非常昂贵。基于欧拉拉格朗日（EL）方法的解决方案，其中的气泡显示振荡的形状和/或不稳定的路径，而计算成本是在一个远低于DNS的水平。该模型计算气泡的方向，形状和旋转，最终创建典型的不稳定路径线。这是嵌入在EL模拟，它可以解决气泡尺寸分布，传质和化学反应。为了确保真实的解决方案，验证与实验数据的单个上升气泡和气泡群。参考与2D和3D分析考虑到比较模拟数据的典型几何参数和平均场值。
2017-07-26 physics.flu-dyn
Three-dimensional experimental investigation of the interaction between a rising bubble and a vortex ring
Universidad de Granada（格拉纳达大学）；Universidades de Granada, Jaén y Córdoba（格拉纳达大学、哈恩大学和科尔多瓦大学）；Universidad de Jaén（哈恩大学）
通过三维拉格朗日粒子追踪与阴影成像技术，实验研究了逆流中上升气泡与涡环的相互作用，分类了三种相互作用类型，首次揭示了三维效应。
2026-06-06 physics.flu-dyn
An Extended Volume of Fluid Method and its Application to Single Bubbles Rising in a Viscoelastic Liquid
本文发展了一种扩展的流体体积法，用于一个粘弹性相和一个牛顿相的两相体系的直接数值模拟。一套完整的控制方程推导出的条件体积平均的局部瞬时体方程和界面跳跃条件。均相混合物模型适用于封闭的体积平均方程。一个额外的界面应力项出现在这种体积平均配方，需要特殊的处理，在一般的非结构化网格上的有限体积离散。提出了一种新的界面应力项的二阶精度有限体积离散格式。我们证明，该计划允许一个一致的处理界面应力和表面张力力的压力方程的分离解决方案的方法。由于高Weissenberg数的问题，一个适当的稳定化方法被应用到粘弹性相的本构方程，以增加在较高的流体弹性的方法的鲁棒性。直接数值模拟的瞬态运动的气泡在静态粘弹性流体中上升的实验代码验证的目的进行。当气泡体积超过一个临界值时，气泡上升速度的不连续性被捕获。界面应力的制定及其离散化的新方案被发现是至关重要的定量正确的预测跳跃不连续的终端气泡上升速度。
2018-06-11 physics.flu-dyn
Hydrodynamic interaction between coaxially rising bubbles in elasto-visco-plastic materials: Bubbles with a wide range of relative sizes
研究弹性粘塑性材料中不同尺寸双气泡同轴上升的相互作用，发现靠近、分离和恒距三种模式，并构建了模式图谱。
2024-08-23 physics.flu-dyn
Three-dimensional dynamics of a pair of deformable bubbles rising initially in line. Part 1: Moderately inertial regimes
借助高分辨率模拟来研究静止液体中两个相同气泡在浮力驱动下的直线运动，重点关注中等惯性状态，其中孤立气泡的路径是垂直的。假设第一个轴对称的演变，平衡配置的气泡对被确定为函数的浮力，粘性和浮力，毛细力比，定义的Galilei（$Ga$）和债券（$Bo$）数的系统，分别。三维解表明，这种轴对称平衡实际上永远不会达到。相反，如果$Bo$低于决定聚结开始的临界$Ga$依赖性阈值，则观察到两种明显不同的演变。在探索的$(Ga,\,Bo)$范围的低端，串联遵循牵引-亲吻-翻滚的场景，最终产生平面并排运动。对于较大的$Ga$，尾随气泡横向漂移，并脱离领先气泡的尾流，几乎不改变后者的路径。在该第二种情况下，后期配置的特征在于串联相对于垂直方向的显著倾斜，范围从$30^\circ$到$40^\circ$。气泡变形对系统的演化有重要影响。它控制着尾流中的旋涡效应的大小，从而控制着作用在尾流气泡上的吸引力的强度。它还控制着作用在这个气泡上的横向力的强度甚至符号，当串联以小的角度偏差释放时，这是一种特别重要的机制。
2021-03-31 physics.flu-dyn
A Surfactant Prediction Model for Rising Bubbles
University of Southampton（南安普顿大学）
本文提出基于气泡形变比分析的模型，用于预测周围液体中表面活性剂浓度，通过高速成像分析早期气泡变形特征，揭示表面活性剂对气泡形状振荡的抑制作用。
2026-04-24 physics.flu-dyn
Influence of a vertical-wall leading edge on bouncing and escape bubble rising regimes
Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）；Instituto de Computación Científica Avanzada (ICCAEx), Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学先进科学计算研究所）；Universidad de Jaén（哈恩大学）
研究超纯水中垂直壁附近可变形气泡上升，探讨壁前缘位置对其近壁动力学的影响。通过两种配置实验，发现壁前缘位置影响气泡动力学模式转变及频率，表明气泡动力学受多种因素制约。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Lateral migration and bouncing of a deformable bubble rising near a vertical wall. Part 1. Moderately inertial regimes
该研究通过数值模拟探究中等惯性区域内垂直亲水壁面附近可变形气泡的上升运动，揭示了三种近壁运动模式及其与伽利略数、邦德数的关联，阐明了流向涡脱落/再生机制对气泡周期性反弹的调控作用。
2025-01-15 physics.flu-dyn
BubbleSH: A Dataset of Rising Bubbles with Deformable Interfaces
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
该研究提出BubbleSH数据集，由气泡上升的高保真模拟获取瞬态三维气泡群动力学数据。数据集含轨迹、速度等，用球谐函数表示气泡形态，适用于数据驱动建模。还介绍评估指标，评估了概率模拟器，为可变形多相系统数据驱动模型建立了基准。
2026-07-09 cs.LG physics.flu-dyn
Research on the identification of the two-phase flow pattern of gas-liquid in a vertical rising tube based on BP neural networks
本文提出基于BP神经网络的垂直上升管内气液两相流流型识别方法，通过Fluent数值模拟获取泡状流、弹状流和环状流数据，并利用Adam算法优化正则化BP网络，将识别准确率从90.73%提升至96.68%。
2024-10-16 physics.flu-dyn
Dynamics of Argon Gas Bubbles Rising in Liquid Steel in the Presence of Transverse Magnetic Field
泡状流存在于各种工业过程中，包括冶金过程，其中气泡被注入到大块液态金属的底部以搅拌液态金属并使金属均匀化。了解这些气泡的运动是必不可少的，因为它已经表明，气泡浮选可以去除夹杂物。在这项工作中，我们数值研究了一对在钢液中的横向磁场的影响下，一对直线氩气气泡上升的三维动力学。我们探讨了两个横向磁场强度（Bx = 0和0.2 T）的影响。比较了不同磁场下气泡的运动和瞬态上升速度。讨论了气泡的形状变形和路径。分析了气泡后的流动结构。我们发现，在磁场下，结构更有组织和细长，而当不包括磁场时，它是复杂和交织的。我们使用了基于几何构造的流体体积（VOF）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。该算法能够最小化虚假速度。
2023-01-04 physics.comp-ph 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
Turbulence induced by a swarm of rising bubbles from coarse-grained simulations
本文采用欧拉-拉格朗日粗粒化模拟研究 Re=760、体积分数1%–10%的上升气泡群湍流，结合条件平均与能谱分析揭示尾流、剪切及 k^-3 能谱机制。
2024-03-05 physics.class-ph physics.flu-dyn
Taylor bubble motion in stagnant and flowing liquids in vertical pipes. Part I: Steady-states
泰勒泡是垂直管内气液两相流段塞流的一个特征。它们的动力学表现出一些过渡，如气泡形状和尾流时，分别上升向下流动和停滞的液体，以及在足够湍流的环境中的破裂。出于需要检查的泰勒气泡在液体中的稳定性，进行了系统的数值研究，其特征在于由无量纲逆粘度（$Nf$），和Eötvös（$Eo$），弗劳德（$Fr$）数的基础上的中心线液体速度，使用Galerkin有限元方法的缓慢移动的泰勒气泡。一个边界拟合域被用来检查依赖于稳定的气泡形状上的广泛的$Nf$和$Eo$。我们的分析表明，气泡的鼻子和底部曲率的间隔$Eo = \left[ 20,30 \right)$和$Nf=\left[60,80 \right)$的限制，低于表面张力和粘度，分别有很大的影响气泡的形状。在区间$Eo = \left(60,100 \right]$中，所研究的所有气泡特征都弱依赖于表面张力。这是两部分出版物的第一部分，其中其配套文件（Abubakar & Matar，2021）报告了本文讨论的稳态线性稳定性分析的结果。
2021-09-19 physics.flu-dyn
A Study of Three Dimensional Bubble Velocities at Co-current Gas-liquid Vertical Upward Bubbly Flows
最近，在6 m高，内径54.8mm的实验室中进行了气液并流上升泡状流的实验研究。垂直钛管在TOPFLOW热工水力测试设备，Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf，德国进行。这些实验最初是为了开发一个高质量的两相流数据库，以及验证新的CFD模型。超快双层电子束X射线层析成像，命名为ROFEX，被用作测量系统，具有高的空间和时间分辨率。对采集的断层扫描截面灰度图像进行重建、分割和评价，获得气泡位置、尺寸和含率等气泡参数。为了从两个测量层分配正确的成对气泡，基于气泡在位置、体积和速度方面的最高概率值来实现气泡对算法。在此基础上，计算了气泡的三维瞬时速度、Sauter平均直径和极方位角方向上的运动角等特性。通过统计参数的轴向、水平、径向和方位向速度分布结果，讨论了瞬时三维气泡速度。目前的结果表明，与以前的工作令人满意的协议。
2015-11-08 physics.flu-dyn
Taylor bubble motion in stagnant and flowing liquids in vertical pipes. Part II: Linear stability analysis
在这项研究中，我们研究了轴对称泰勒气泡的线性稳定性的流动液体封闭在一个圆形的管道。对Abubakar和Matar（2021）在本研究第一部分中获得的轴对称基态进行线性化。稳定性的特征在于无量纲的逆粘度$\left( Nf \right)$，Eötvös $\left( Eo \right)$，和弗劳德数$\left( U_m \right)$，后者是基于中心线液体速度。分析表明，存在$(Nf,Eo,U_m)$空间内的气泡是不稳定的，并采取非对称形状的区域。为了阐明不稳定性的机制，进行了能量预算分析，揭示了扰动增长是由气泡压力为$Eo \geq 100$，和由切向界面应力为$Eo < 100$。还提供了各种$Nf$、$Eo$和$U_m$在不稳定性开始附近的不对称气泡形状及其相关流场的示例。
2021-09-19 physics.flu-dyn
Experimental study of the flow structure stability on the bubble surface
本文介绍了在均匀流作用下的单气泡表面进行的流动结构显示实验结果。结果表明，在一定的临界值的气泡尺寸，流速和污染水平，轴对称的表面流失去稳定性的阈值方式，和第一不稳定模式的形式出现两个漩涡。低于阈值，气泡表面上的稳定流动是不可能的。实验结果表明，大多数理论和数值研究中所采用的含表面活性剂气泡表面运动轴对称性假设是不成立的。对结果的分析揭示了在周围流体中的小气泡上升的问题中轨迹的螺旋形式的最可能的原因。对于异丙醇实验中实现的无表面张力表面，气泡的上升轨迹为直线，在气泡表面没有观察到旋涡结构。在有水的实验中，观察到了一个螺旋上升的轨迹，并在气泡表面形成了第一个不稳定模式。
2021-05-06 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Underwater bubble pinch-off: transient stretching flow
在水下气泡被夹断的那一点上，水流的速度就不同了。以前的研究假设径向流贯穿表明，局部轴向形状是两个平滑连接的细长锥体，过渡非常缓慢（几何学）到圆柱形段。我们的模拟表明，即使最初的径向流，瞬态垂直流发展具有可比的速度。伯努利压力将水吸入奇异区域，而不可压缩性迫使水远离颈部最小值，产生显著的垂直流动，使塌陷区域迅速变细和对称。这种转变是由于不同的机制，发生的速度比以前预期的要快得多。垂直流动决定了颈部形状的演变。
2012-10-29 physics.flu-dyn
On physical considerations regarding development and validation of Heat Flux Partitioning models: Application to vertical boiling flows simulations
Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), Université de Toulouse, INPT, CNRS（图卢兹流体力学研究所（IMFT），图卢兹大学，国立工艺学院，法国国家科学研究中心）；Électricité de France Recherche & Développement (EDF R&D)（法国电力公司研发部）
本文提出了一种针对垂直沸腾流的新热流分配模型，通过实验验证其准确性，并讨论了该方法的局限性。
2025-12-13 physics.flu-dyn
Local projection stabilized finite element modeling of viscoelastic two-phase flows
本文提出了一种三场局部投影稳定化有限元方法，用于计算三维轴对称浮力驱动气泡在液柱中上升的问题，其中气泡或液柱可以是粘弹性的。两相流由时间相关的不可压缩纳维-斯托克斯方程描述，而粘弹性由时间相关域中的Giesekus本构方程建模。在时间相关的区域内，采用任意拉格朗日欧拉ALE格式和有限元法求解控制方程。ALE中的界面分辨移动网格允许精确地将界面张力和材料参数中的跳跃合并。一种基于丰富近似空间和不连续投影空间的一层局部投影稳定化方法（LPS）被用来稳定模型方程。稳定的数值方案允许我们使用等阶插值空间的速度和粘弹性应力，而inf-sup稳定的有限元用于速度和压力。对粘弹性流体中牛顿气泡的上升运动和粘弹性流体中牛顿气泡的上升运动进行了全面的数值研究。分析了粘度比、牛顿溶剂比、Giesekus迁移率因子和Eötvös数对气泡动力学的影响。数值研究表明，牛顿气泡在粘弹性流体中上升时，会经历尖形后缘的扩展，同时也会出现负尾流现象。然而，在牛顿流体中上升的粘弹性气泡在后驻点周围产生具有凹坑形状的压痕。
2019-02-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Releasing trapped Taylor bubbles via centrifugation and inclination
Sorbonne Université（索邦大学）；Università degli Studi di Cagliari（卡利亚里大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Université Côte d'Azur（蔚蓝海岸大学）
针对密封垂直管中泰勒气泡因半径低于临界值被困的问题，研究通过管旋转和倾斜两种策略调节加速度条件，预测新阈值并验证其与实验的一致性，为释放被困气泡提供实用方法。
2024-04-27 physics.flu-dyn
Effect of a downstream vertical wall on the rise regime of an isolated bubble: an experimental study
实验研究了超纯水中可变形氮气气泡与下游垂直壁面的相互作用，发现壁面接近性显著改变气泡上升路径，并划分出四种相互作用流态，为改进工业与环境应用中的计算模型提供了高质量数据。
2025-07-16 physics.flu-dyn
Turbulence anisotropy in a bubbly vertical channel flow with topological change
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Istituto di Ingegneria del Mare Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会海洋工程研究所）
本研究通过高保真数值模拟含拓扑变化气泡的垂直通道流，探究表面张力对湍流各向异性的影响，发现除通道中心外多相流比单相流更具各向同性，源于扫掠事件增强的能量再分配。
2026-08-18 physics.flu-dyn
Bringing optical fluid motion analysis to the field: a methodology using an open source ROV as camera system and rising bubbles as tracers
详细的水运动学是重要的了解在北极的大气-冰-海洋能量转移过程。边缘冰区二维速度场的现场观测资料很少。粒子跟踪测速和粒子图像测速是用于测量2D速度场的众所周知的实验室技术，但它们通常依赖于脆弱的设备和污染的塑料示踪剂。因此，为了将这些方法带到现场，我们开发了一种新的系统，该系统结合了紧凑的开源远程操作车辆作为成像设备，气泡作为示踪粒子。然后，可以使用针对极地地区的实地测量而调整的图像处理技术来分析所获得的数据。在可控条件下研究了气泡的特性，如终极速度与直径的关系。的精度和传播的速度测量已被量化的波槽，并与理论解决方案进行比较。水平速度分量下的周期波测量精度在10%的顺序。与理论解的偏差归因于加速流动引起的气泡惯性。我们包括一个例子，从北极实地考察，该系统被部署，并成功地从浮冰测试。这项工作是在北极冰层下进行详细的二维流动测量的重要里程碑，我们预计这将有助于对海冰下发生的动态进行急需的直接观测。
2020-12-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Self-similar solution for laminar bubbly flow evolving from a vertical plate
研究垂直析气电极上的层流气泡流，采用混合模型并引入新坐标变换获得边界层方程的自相似解，揭示了壁面气含率、气相羽流厚度和垂直速度随高度的幂律标度关系。
2024-01-23 physics.flu-dyn
On bubble clustering and energy spectra in pseudo-turbulence
伪湍流中的三维粒子跟踪（3D-PTV）和相敏恒温风速测量--即，流动单独驱动的气泡-进行调查气泡集群和获得平均气泡上升速度，气泡速度分布，和能量谱在稀气体浓度（$α\leq2.2$ %）。为了表征聚类，计算对关联函数$G(r,θ)$。发现具有等效气泡直径$d_b=4-5$ mm的可变形气泡在几个气泡半径的径向距离内聚集，具有优选的垂直取向。这种垂直排列在小尺度和大尺度上都存在。对于小的距离，也发现一些水平聚类。大量的数据点和非侵入性的PTV允许获得良好收敛的概率密度函数（PDF）的气泡速度。所有速度分量的PDF都具有非高斯形式，并且可以观察到不连续性效应。液体速度波动的能谱以-3.2的幂律衰减，不同于均匀各向同性湍流的$\approx -5/3$，但接近\cite{lance}对伪湍流的预测-3。
2009-12-08 physics.flu-dyn
Cascade coalescence dynamically sustains bubble retention near gas-evolving surfaces
East China University of Science and Technology（华东理工大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
该研究揭示高气通量下气泡滞留于产气表面的新机制：不同大小气泡的级联聚并产生的净向下冲量累积成可抵消高浮力的滞留力，为清洁能源技术的传质优化提供了新方向。
2026-09-04 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Cahn-Hilliard diffuse interface simulations of bubble-wall collisions
采用Cahn-Hilliard扩散界面法对上升气泡与超亲水水平面的碰撞进行了数值研究。对于所研究的系统，邦德数$Bo=ρR^2 g/σ$在0.25至1.5之间变化，伽利略数$Ga=ρ(R^3 g)^{1/2}/μ$在8.5至50之间变化。我们假设，与周围介质相比，气泡的粘度和密度可以忽略不计。我们表明，我们的计算再现实验观察到的动态碰撞的气泡与固体表面。此外，在所研究的参数范围内，气泡与壁面的碰撞主要是在惯性区。我们的模拟表明，即使在没有大量的粘性耗散，反弹碰撞速度的比率，所谓的恢复恢复系数，是远远小于一个研究系统。更重要的是，恢复系数最好与弗劳德数（$Fr=U_{t}/\sqrt{g R}$，惯性力与重力之比）成比例。
2018-05-19 physics.flu-dyn
Bubble rise in a Hele-Shaw cell: bridging the gap between viscous and inertial regimes
在较宽的雷诺数范围内，研究了两个垂直平板之间单个气泡的上升过程。特别是，我们专注于气泡的速度，长宽比和阻力系数的演变过程中从粘性到惯性制度的过渡。对于足够大的气泡，一个简单的模型的基础上的功率平衡捕获过渡的气泡速度和匹配的所有实验数据，尽管强烈的时间变化的气泡纵横比在大雷诺数。令人惊讶的是，在粘性制度的气泡系统地表现出一个椭圆形沿其运动方向拉长，而在惯性占主导地位的制度的气泡总是扁平垂直于它。
2022-05-07 physics.flu-dyn
Two-phase interfacial structure of bubbly-to-slug transition flows in a 12.7 mm ID vertical tube
本实验主要研究空气-水两相界面结构的特性。界面参数，包括空隙率，界面面积浓度，和气泡界面速度测量使用四传感器电导率探头上的12.7毫米ID的垂直管。管尺寸大约等于最大扭曲气泡尺寸。因此，气泡-段塞过渡特性可能与其他尺寸的管不同。与以往的研究相比，本研究提供了一个实验数据库，具有广泛的范围内的气泡段塞过渡流，与4个不同的表观液体速度（0.3，0.5，1.0，和2.0米/秒）和空隙率范围从0.07到0.66。实验结果表明，在泡状流-弹状流过渡流条件下，小管径管道内不会出现壁面峰值空泡分布。该分布与空泡率和相对于管尺寸的气泡尺寸有关。在此基础上，本文在Ishii和Hibiki等人的研究基础上，提出了一种新的漂移通量模型中分布参数的关联式，为流态转换模型和界面面积输运方程的建立提供了参考。
2021-03-07 physics.flu-dyn
An experimental study on the multiscale properties of turbulence in bubble-laden flows
对不同尺度下含气泡湍流的特性进行了实验研究，着重于流动动能、能量传递和极端事件。该实验采用粒子阴影测速测量来测量由在水中上升的均匀气泡群产生的柱中的流动，对于两种不同的气泡直径（$2.7$ mm $\&$ $3.9$ mm）和中等气体体积分数（$0.26\%\sim1.31\%$）。这两个速度分量在高分辨率下测量，并用于构建高达12阶的结构函数，用于跨越流动中的小到大尺度的分离。关于流动的各向异性，速度结构函数被发现在垂直和水平方向上的流动的分离不同，和较小的气泡的情况下是最各向异性的，依赖于空隙率。各向异性的程度示出增加的顺序的结构功能的增加，示出极端事件中的流是最各向异性的。结果表明，与三维单相湍流一样，水平速度分量的平均能量传递是下尺度的。然而，与流体速度的垂直分量相关联的能量传递是高档的。的速度增量的概率密度函数显示，极值变得更可能与雷诺数的减少，在单相湍流的行为相反。我们可视化这些极端事件，并发现激烈的小尺度速度增量的区域附近的湍流/非湍流界面的边界处的气泡尾流。
2021-09-23 physics.flu-dyn
