Interaction between vapor bubbles during flow boiling heat transfer in microchannels
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室）；National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University（天津大学国家储能产教融合创新平台）
通过数值模拟研究微通道流动沸腾中多个蒸汽气泡的相互作用，发现气泡数量、初始体积比、雷诺数和壁厚对气泡尺寸和聚并的影响。
2026-06-01 physics.flu-dyn
Shock formation in the collapse of a vapor nano-bubble
在本文中，扩散界面模型具有相变，过渡到超临界条件下，热传导，压缩性效应和冲击波传播被用来处理空化气泡的动力学。在与以前的描述不同，该模型是一致有效的所有阶段（液体，蒸汽和超临界）和相变参与，允许描述非平衡过程中正在进行的崩溃。由于这种单一的描述，而出乎意料的纯蒸汽泡，数值实验表明，崩溃是伴随着在液体中的强冲击波的发射和周期性消失和再现的气泡的振荡，由于过渡到超/亚临界条件。冲击波形成的机制与蒸汽向超临界状态的转变密切相关，压缩波逐渐变陡以形成冲击，该冲击最终在液体中被反射为向外传播的波。
2014-11-29 physics.flu-dyn
Vapor compression and energy dissipation in a collapsing laser-induced bubble
本研究利用水氨溶液中单空化泡实验，发现更高蒸汽压会阻碍溃灭、降低总能量耗散并促进球形溃灭，同时证实蒸汽被压缩且冲击波发射并非主导耗散机制，为工程与生物医学高效利用空化提供了新见解。
2024-03-22 physics.flu-dyn
Numerical simulation of liquid film formation and its heat transfer through vapor bubble expansion in a microchannel
微通道内蒸汽气泡的蒸发对于实现具有高冷却性能的装置是重要的。固体表面的液膜是固体向流体蒸发传热的关键，其形成过程和传热特性有待研究。对微通道内单个汽泡的蒸发换热膨胀过程进行了数值模拟。在计算模型中，使用的工作流体为0.1013 MPa的饱和FC-72，并且通道直径为200 $μ$ m。以初始温度场和壁面温度作为参数。为了评价传热特性，对液膜厚度的时间变化进行了评价。平均液膜厚度与毛细管数有一定的相关性。此外，通过将传热率分解为通过液膜、后缘和尾流的传热率来估计主导传热模式。当蒸发温度较低时，传热主要是通过液膜蒸发进行的，通过液膜厚度可以预测通过液膜的热通量。另一方面，在较高的温度下，由于汽泡的快速膨胀，没有通过泡头周围的液膜发生蒸发热传递。从这项研究可以推断，气泡的热边界层的厚度和液膜厚度之间的关系是重要的预测这种现象的冷却效果。当汽泡在高沸点液体中生长时，汽泡的快速生长使液膜变厚，厚液膜阻碍了汽液界面与受热壁面之间的传热。
2019-03-21 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
Growth of a dry spot under a vapor bubble at high heat flux and high pressure
我们报告了一个2D模型的热扩散控制的增长的蒸汽泡附着在加热表面在饱和沸腾。本文用边界元法求解了半无限大固体加热器中的热传导问题。在高系统压力下，气泡被假定为缓慢生长，其形状由表面张力和蒸汽反冲力限定，该力来自蒸发到气泡中的液体。结果表明，在某个典型时刻，汽泡下的干斑在蒸汽反冲的作用下开始快速增长。这样的气泡最终会扩散成蒸汽膜，该蒸汽膜可以将液体与加热器分离，从而触发沸腾危机（临界热通量）。
2016-01-26 physics.class-ph 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
Growth of Elongated Vapor Bubbles During Flow Boiling Heat Transfer in Wavy Microchannels
本研究通过数值模拟对比直微通道，发现波状微通道能加速汽泡生长、增强传热，局部努塞尔数最高可达直通道的2.6倍。
2025-04-19 physics.flu-dyn
Numerical investigation of non-condensable gas effect on vapor bubble collapse
数值研究了汽泡内部不凝性气体对汽泡动力学特性、汽泡溃灭压力以及球形和非球形汽泡溃灭压力冲击的影响。气泡内的自由气体具有阻尼效应，可以削弱压力波并增强气泡的反弹。为了估计这种效果的数值，我们推导并验证了一个多组分模型的蒸汽气泡含有气体。对于空化液体和不凝气体，我们采用了一个均匀的混合物模型与耦合状态方程的所有组件。空化液体的空化模型是正压热力学平衡模型。考虑了各相的可压缩性，以捕捉气泡溃灭时的冲击波。在用能量分配模型验证了模型的有效性后，对不同间距的附壁气泡的溃灭进行了模拟。很好地捕捉到了不凝气体对发射冲击波的反弹和阻尼的影响。
2021-08-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A theoretical model for compressible bubble dynamics considering phase transition and migration
本研究建立了同时考虑液体可压缩性、相变、振荡、迁移等因素的气泡动力学理论模型，验证了其对多场景气泡行为的捕捉能力，并揭示了蒸汽占比对气泡能量损失与辐射压力的影响规律。
2024-11-04 physics.flu-dyn
Amplification of supersonic micro-jets by resonant inertial cavitation-bubble pair
本文首次实验发现反相双空化气泡在窄参数范围内可产生速度超1000 m/s的超声速微射流，并通过数值模拟揭示环形冲击波与气泡颈缩相互作用的放大机制，验证了势流近似的预测能力。
2024-01-04 physics.flu-dyn
Vaporization dynamics of a super-heated water-in-oil droplet: modeling and numerical solution
本文通过耦合气泡生长运动方程与相变热力学及对流传热方程，建立了过热液滴蒸发的半解析模型，揭示了不同过热条件下热物性对蒸发速率的影响及完全蒸发时的气泡过冲现象。
2024-04-26 physics.flu-dyn
Effect of stand-off distance and spatial resolution on the pressure impact of near-wall vapor bubble collapses
本文研究了高环境压力条件下近壁空泡的溃灭行为。采用包含相变的完全可压缩两相流求解器，对具有不同间距的一般构型进行了数值模拟研究。研究结果表明，壁面间距对壁面坍塌动力学、微射流形成、回弹和最大壁面压力有显著影响。空蚀引起的材料损伤和相应的崩溃机制之间的关系，从压力冲击数据在壁。我们分析了崩溃和反弹的分辨率依赖性和所观察到的最大压力分布。六种不同网格分辨率下的结果比较表明，主要的崩溃功能已经捕获的粗分辨率，而峰值压力是强烈的分辨率依赖。
2021-04-13 physics.flu-dyn
Bubbles dynamics in microchannels: inertial and capillary migration forces
本文着重研究微通道中自由气泡训练的动力学。我们调查的横向位置的一个训练的气泡，它的速度和相关的压降时，在微通道中流动取决于由于粘度，惯性和毛细作用的内力。尽管系统的尺度很小，但惯性（称为惯性迁移力）在确定气泡的横向平衡位置方面起着至关重要的作用。除了惯性和粘度，其他效应也可能影响气泡的横向迁移，如Marangoni表面应力和表面变形能力。我们看看在无限的Marangoni效应的限制，产生刚性气泡界面的表面活性剂的影响。所产生的迁移力可以平衡外部体力（如果存在的话），例如浮力、迪恩力或磁力。这种平衡不仅决定了气泡的横向位置，而且因此决定了周围的流动结构，这对于所涉及的任何质量/热传递过程都是决定性的。最后，我们看的气泡变形的平衡位置的影响，并比较它的惯性迁移力在中心位置，相应地解释这个位置的稳定或不稳定的字符。系统地研究了气泡尺寸、均匀体积力、雷诺数和毛细管数等参数的影响，采用基于有限元法的数值模拟，求解全稳态纳维-斯托克斯方程及其在小雷诺数和/或毛细管数限制下的渐近对应方程。
2017-10-27 physics.flu-dyn
Sonochemical effects on single-bubble sonoluminescence
本文提出了一个改进的单泡声致发光水化学模型。考虑了水蒸气的蒸发和凝结、质量扩散和化学反应过程。对充氦、氩和氦的气泡进行了数值模拟。结果表明，被捕获的水蒸气与其吸热化学反应一起显着降低气泡内的温度，使得电离度通常很低。水蒸气产生的化学自由基在氦泡发光中起着越来越重要的作用。然后从光学薄模型计算光谱和脉冲。结果发现，在稳定的SBSL范围内，产生的光谱强度太小，脉宽太短，不能符合最近的实验结果。增加一个有限大小的黑体核心的光学薄模型，提高了拟合。并对如何调和这一冲突提出了建议。
2005-11-03 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
Long-Pulse Laser-Induced Cavitation: A Race Between Advection and Phase Transition
本研究构建结合可压缩多相流体动力学、激光辐射与相变的计算模型，揭示长脉冲激光诱导空化的气泡形状由平流与汽化的速度竞争决定，激光吸收系数越高、光束越窄越易形成拉长气泡。
2023-08-23 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
Numerical study of boiling of Liquid Nitrogen on a liquid-liquid contact plane
本文对制冷剂在固体表面和液体表面上的沸腾进行了数值研究。报告了固体表面上的单模态和多模态沸腾。在液体表面上沸腾的情况下，选择液氮作为冷冻剂（沸腾流体），并且选择水作为基础流体（加热流体）。不同的流动不稳定性和其潜在的后果在沸腾的制冷剂进行了讨论。对于固体表面上的沸腾，在单一模式下，气泡的增长，它的离开，和面积加权平均热通量的报告，其中，他们线性增加的壁面温度的增加。在固体表面上的多模态沸腾的情况下，由于在第一批汽泡夹断之后产生的局部波动和湍流，已经观察到气泡生长和第二批汽泡离开的不对称性。液氮在液体表面上的沸腾被报道为基础流体（水）温度为300 K。汽膜厚度随时间的延长而减小，破裂前的最小汽膜厚度为7.62 μ m，热毛细作用对汽膜推力的主导作用导致汽膜在0.0325s破裂。在蒸发速率和蒸汽产生方面，在蒸汽膜塌陷之前和之后的差异是显著的。
2021-02-04 physics.flu-dyn
Bubble bursting jets are driven by the purely inertial collapse of gas cavities
描述毛细管腔的崩溃的数值模拟的分析表明，源自于气泡的破裂的射流是由以下条件驱动的：朝向对称轴的每单位长度的无量纲液体流量$q_\infty$在时间上保持几乎恒定。这一观察结果在物理方面是合理的，因为液体惯性阻止了在表征射流喷射过程的短时间尺度期间$q_\infty$的明显变化，以及气泡破裂射流从锥形腔的底部产生的事实，证明了这里发现的射流宽度和速度的纯惯性缩放，$r_{jet}\propto\sqrt{q_\inftyτ}$和$v_{jet}\propto \sqrt{q_\infty/τ}$，用$τ$表示射流喷出后的无量纲时间，这一结果明显不同于通常认为射流宽度和速度遵循惯性-毛细管标度$r_{jet}\propto τ^{2/3}$和$v_{jet}\propto τ^{-1/3}$。我们的描述再现了超过三十年的时间的射流宽度和速度的时间演变，获得良好的协议与数值模拟从射流开始的瞬间，直到射流宽度是可比的初始气泡。
2023-03-10 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
Analytical expressions for primary Bjerknes force on inertial cavitation bubbles
主要的Bjerknes力负责在声场中的径向振荡气泡的快速平移运动。这个问题在小振幅振荡的情况下是经典的，对于小振幅振荡，可以容易地获得力的解析表达式，并且预测压力波腹对亚共振气泡的吸引力。但是对于高振幅声场，气泡经历大振幅的非线性振荡，因此在这种情况下没有可用的力的解析表达式。根据Hilgenfeldt等人的方法[J.Fluid Mech.，365，171（1998）]，但仔细考虑了表面张力。恢复了气泡最大半径的解析表达式，对气泡最大膨胀的时间进行了修正，得到了气泡最大膨胀时间的估计，推导了气泡体积随时间变化的解析表达式，得到了Bjerknes力的封闭形式.结果是有效的任何形状的声场，包括纯粹的驻波或纯粹的行波，并准备使用在一个理论模型中的气泡云的演变。此外，恢复了著名的大驻波下Bjerknes力的符号反演，并解析地得到了参数空间中的反演阈值。计算结果与数值模拟结果吻合较好，并可对物理参数的影响进行定量评估。结果发现，无论是降低表面张力，或增加静压，应产生一个扩大的无气泡区域附近的高振幅的压力波腹。
2013-02-23 physics.flu-dyn
Bubbles-induced transition to elasto-inertial turbulence
本文通过界面解析直接数值模拟研究压力驱动粘弹性方槽流中气泡诱导的层流向弹性惯性湍流转捩，发现气泡注入引发的流线曲率会触发弹性不稳定性并导致完全EIT流态，且在低雷诺数和韦森堡数下流动呈现核心区湍流脉动与壁面层流共存的间歇特性。
2025-03-05 physics.flu-dyn
Bubble spreading during the boiling crisis: modelling and experimenting in microgravity
沸腾是将热量从加热器传递到液体载体的非常有效的方式。我们讨论了沸腾危机，沸腾的两个制度之间的过渡：核沸腾和膜沸腾。沸腾危机导致传热速率急剧下降，这可能导致工业换热器的重大事故。在这篇文章中，我们提出了一个基于蒸汽反冲效应的沸腾危机的物理模型。在蒸汽反冲的作用下，气泡开始在加热器上扩散，从而形成蒸汽膜的胚芽。蒸汽反冲力不仅导致其扩散，还产生了对加热器的强粘附，防止气泡离开，从而有利于进一步扩散。在液-气临界点附近，气泡的生长非常缓慢，并允许观察气泡扩展的动力学。由于在这种状态下表面张力非常小，只有微重力条件才能保持凸形气泡形状。在和平号空间站和磁悬浮设施的实验中，我们直接观察到表观接触角的增加和气泡下干点的扩展。热控制气泡生长的数值模拟显示了这种蒸汽反冲效应，从而证实了我们的沸腾危机模型。
2016-01-28 physics.class-ph physics.flu-dyn
Liquid phase stabilization versus bubble formation at a nanoscale-curved interface
我们调查的性质附近的纳米尺度弯曲凸液-固界面使用两种模型的汽泡成核;均匀形成的平衡吉布斯模型，和一个非平衡动态范德华/扩散界面模型的相变在一个初始冷却的液体。蒸汽气泡的形成示出发生足够大的曲率半径，并抑制较小的半径。固体-流体的相互作用占和它示出的液体-蒸汽界面能，因此拉普拉斯压力，对气泡形成的影响有限。主要因素是从现有的固-液界面产生固-气界面的能量成本，如通过平衡和非平衡参数所证明的。
2017-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sub-megahertz nucleation of plasmonic vapor microbubbles by asymmetric collapse
激光触发和光热诱导的蒸汽泡已经成为有前途的方法，以促进光机械能量转换的许多相关应用在微/纳米流体。在这里，我们报告的观察亚兆赫自发成核的爆炸等离子体气泡，由连续波激光触发。发现周期性成核是Kelvin冲力和热Marangoni力作用于溃灭后残余气泡的竞争结果。前者起源于不对称的气泡崩溃，导致残留气泡的定向运动远离激光光斑。后者出现在激光辐照引起的热影响区（HAZ）。当Kelvin脉冲占主导地位时，残余气泡移出HAZ并发生周期性气泡成核，随后终止稳定生长阶段。实验和数值模拟研究了成核频率f与激光功率和激光光斑尺寸的关系。此外，我们表明，在毫米范围内超过10毫米/秒的强流体流动是稳定实现的周期性成核气泡。总的来说，我们的观察突出了远程实现强局部流的机会，为实现高效的微/纳米流体操作铺平了道路。
2023-03-07 physics.flu-dyn physics.optics
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
How turbulence increases the bubble-particle collision rate
本研究通过界面分辨模拟探究湍流对有限尺寸气泡与小惯性颗粒碰撞的影响，揭示流场相互作用主导、非线性效应及滑移速度波动提升碰撞速率的机制，提出冻结湍流模型提供物理自洽的碰撞模拟框架。
2025-01-13 physics.flu-dyn
Giant plasmonic bubbles nucleation under different ambient pressures
由激光照射的水浸金纳米颗粒可以在几微秒的延迟时间之后触发等离子体气泡的成核[Wang等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 122，9253，（2018）]。在这里，我们系统地研究了这些等离子体气泡的光-蒸汽转换效率η作为环境压力的函数。这些初始相和主要含水蒸气的气泡的形成效率可以高达25%，其被定义为形成蒸气气泡所需的能量与在通过激光使气泡成核之前倾倒在金纳米颗粒中的总能量的比率。汽化水的量首先与成核之前倾倒在金纳米颗粒中的总激光能量成线性比例，但是对于更大的能量，汽化水的量趋于稳定。效率η随着环境压力的增加而减小。实验观察结果可以定量地理解的基础上的热扩散方程和热动力学的相变的理论框架内。
2020-12-29 physics.app-ph physics.flu-dyn physics.optics
Influence of inertial confinement on laser-induced bubble generation and shock wave emission
本文扩展Gilmore模型，研究惯性约束对激光诱导气泡生成与冲击波发射的影响，发现飞秒脉冲比纳秒脉冲更具破坏性，并探讨其在显微手术和微流体操控中的应用。
2025-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Drag reduction in boiling Taylor-Couette turbulence
我们创建了一个高度受控的实验室环境，可进行全球和本地监测，以分析湍流沸腾流，特别是统计稳定状态下的剪切应力。也就是说，通过精确监测强湍流泰勒-库埃特流（两个同轴旋转圆柱之间的流动，雷诺数$\textrm{Re}\approx 10^6$）从非沸腾到沸腾的过渡过程中的阻力，我们表明，直观的预期，即几个体积百分比的蒸汽气泡将相应地改变几个百分点的整体阻力，是错误的。相反，我们发现，在这些条件下，发生了高达45%的显着的全球阻力减少。我们将这个全球性的结果，我们的本地观测，表明，主要减阻的蒸汽泡变形是至关重要的，对应于韦伯数大于一。我们将我们的研究结果与气泡湍流的结果进行了比较，气泡遵循与蒸汽气泡非常不同的物理学。尽管如此，我们还是发现了显著的相似之处，并对它们进行了解释。
2019-09-09 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
Simulating surfactant effects in phase-transforming fluids
Purdue University（普渡大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种基于Navier-Stokes-Korteweg方程的模型，用于模拟表面活性剂对液-气转变的影响，通过模拟气泡和界面振荡验证了模型的有效性，并探讨了表面活性剂对气泡合并和冷凝的影响。
2026-03-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Walks of bubbles on a hot wire in a liquid bath
当水平电阻丝在过冷液体浴中加热到沸点时，一些蒸气泡在其表面成核。传统的核态沸腾理论认为，气泡是从活跃的核态位置产生，在浮力和惯性的作用下长大并离开受热面。然而，我们在这里观察到一个不同的行为：气泡沿着加热的电线滑动。在这种情况下，观察到意想不到的制度;从简单的滑动运动到气泡聚集。我们注意到，气泡可以迅速改变它们的移动方向，也可能相互作用。最后，我们提出了一个解释的气泡和电线之间的吸引力和气泡的运动在电线的Marangoni效应。
2017-01-23 physics.flu-dyn
On the jets ejected after the inertial collapse of cavities
受Gordillo和Blanco-Rodriguez的结果的启发，“气泡破裂射流由气腔的纯惯性塌陷驱动”，\emph{Phys. Rev. Lett., Submitted}（2023）\cite{PRL2023}，其中发现气泡破裂射流由纯惯性机制驱动，本文研究了在远场作用下，一般形状的气腔坍缩产生的射流的动力学特性表示每单位长度的流速$q_\infty$在时间上保持恒定的边界条件。利用理论和数值模拟方法，我们首先分析了具有半张开角$β$的圆锥形气泡在$q_\infty$值固定为常数时的情形，发现这类射流在$β\ll 1$极限下分别由$r_{jet}\approx 2.25\tanβ\sqrt{q_\inftyτ}$和$v_{jet}\approx 3 q_\infty/(2\tanβ\sqrt{q_\inftyτ})$收敛于方程的纯惯性$β$依赖的自相似解，其中射流宽度和速度分别由$β\ll 1$极限给出，其中$τ$表示喷射后的无量纲时间。对于抛物腔的情况下，无量纲曲率半径在对称平面$r_c$我们的理论预测，$r_{jet}\propto \left(2 r_c\right)^{-1/2}\left(q_\infty τ\right)^{3/4}$和$v_{jet}\propto q_\infty \left(2r_c\right)^{1/2} \left(q_\inftyτ\r…
2023-03-07 physics.flu-dyn
A Conservative Hybrid Eulerian-Lagrangian Method with Persistent Structure Tracking for Multiscale Cavitation
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）
提出一种带持久结构跟踪的保守混合欧拉-拉格朗日框架，通过物理预测关联观测并保留历史，实现多尺度空化中蒸汽结构的准确转换与质量动量守恒。
2026-09-11 physics.flu-dyn
Bubble Evolution and Properties in Homogeneous Nucleation Simulations
我们分析了自然形成的纳米气泡的性质在Lennard-Jones分子动力学模拟的液体到蒸汽的沸腾和空化制度的核化。大的计算量提供了一个真实的环境，在不变的平均温度和液体压力，这使我们能够准确地测量气泡的属性，从一开始作为稳定的，临界尺寸的气泡，他们的持续增长到恒定的速度制度。气泡气体密度比液体温度下的平衡蒸汽密度低50 $%$，但非常接近模拟中测量的较低气体温度下的气体平衡密度：相变潜热导致气泡气体温度比周围散装液体的温度低25 $%$。在气泡快速增长的情况下-典型的空化状态-气泡外部的液体的压缩导致局部温度增加高达5 $%$，可能显著到足以改变表面张力以及局部粘度。液-汽泡界面比平面共存模拟中预期的要薄达$50%$。接近临界尺寸的气泡是非常非球形的，但随着它们的生长，它们很快变成球形。
2014-11-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.flu-dyn
The effects of nonlinear wave propagation on the stability of inertial cavitation
在预测高强度聚焦超声中的温度场和压力场的背景下，预测模型的准确性对于治疗的安全性和有效性至关重要。在这样的领域中，惯性空化经常被观察到。传统上，空化阈值的估计是基于这样的假设，即气泡表面处的入射波与远场中的入射波相同，忽略了非线性波传播的影响。通过将入射波模拟为Burgers方程的解，采用数值和解析相结合的方法研究了非线性波传播对惯性空化的影响。从单个气泡的半径-时间曲线，可以观察到，有一个减少的最大尺寸的气泡进行惯性空化和惯性崩溃发生较早的对比与经典的情况。计算了初始半径略低于临界Blake半径的气泡的稳定性阈值。分岔图和频率响应曲线与稳定性的损失。结果的后果和物理意义进行了讨论相对于经典的结果。
2009-03-15 physics.flu-dyn physics.med-ph
Predicting Complex Non-spherical Instability Shapes of Inertial Cavitation Bubbles in Viscoelastic Soft Matter
软物质中的惯性空化是生物和工程过程中的一种重要现象。实验，理论和数值技术的最新进展提供了进入一个充满非线性物理学的世界，但迄今为止，我们大多数的定量理解一直集中在一个球对称描述的空化过程。然而，空化气泡的生长和破裂很少以完全对称的方式发生，特别是在软材料中。预测动态产生的非球形不稳定性的发生仍然是一个重大的，未解决的挑战，部分原因是由于周围的非线性粘弹性固体引入的额外的本构复杂性。在这里，我们提供了一个新的理论模型，能够准确地预测发病的非球形不稳定形状的气泡在软材料中明确占所有相关的非线性相互作用之间的流体状空化气泡和固体状的环境。与高分辨率的实验图像在聚丙烯酰胺（PA）水凝胶激光诱导空化事件的比较显示出良好的一致性。有趣的是，并与实验结果一致，我们的模型预测出现各种动态不稳定形状的环向拉伸比大于一个相反，最准静态的调查。我们的新理论框架不仅提供了前所未有的洞察力在软固体中的空化动力学，但它也提供了一个定量的手段来解释气泡动力学相关的广泛的工程和医学应用以及自然现象。
2021-04-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Temperature Dependence of Inertial Pumping in Microchannels
惯性泵是一种很有前途的微通道流体输送新方法，但其许多特性尚未得到研究。在这项工作中，惯性流速进行了研究，不同的通道长度，工作温度，和电阻脉冲能量。通过将荧光示踪珠添加到测试流体（纯水）中来可视化封闭通道中的流动。开发了一种从高分辨率视频记录中提取流量的鲁棒方法。发现流速与通道长度成反比。所观察到的依赖性解释的基础上一个简单的现象学的“踢”模型的惯性泵。流速也适合于更基本的一维惯性泵送模型，从该模型中提取了固有的驱动气泡强度。测得的流速随温度变化很大。对于发育良好的驱动气泡，T = 70 C下的流速比T = 30 C下的流速高约12倍。三个独立的效应有助于增加高温下的流速：（i）测试流体的较低粘度，（ii）较强的驱动气泡，以及（iii）增加泵的机械效率，即，驱动气泡强度更好地转化为单向后塌陷井涌。三种效应的相对贡献被量化。流量的能量依赖性表现出明显的饱和行为。汽泡强度符合唯象饱和模型。最后，建立了一个完整的长度-温度-能量流量预测模型。在设计微流体工作流程时，应考虑所观察到的惯性泵送的强烈温度依赖性。它还强调了对集成流量计的需求，这种流量计可以通过感觉反馈来稳定复杂的流量模式。
2022-02-01 cond-mat.other physics.flu-dyn
Bubble deformation by a turbulent flow
本文研究了初始球形气泡在均匀各向同性湍流背景流中的变形模式。我们进行直接数值模拟的两相不可压缩纳维-斯托克斯方程，考虑在不同的韦伯数（湍流和表面张力的比例）使用空气-水的密度比的高密度湍流中的低密度气泡。我们讨论了一个理论框架的气泡变形的湍流使用球谐分解。我们建议，对于每一种模式的气泡变形，一个强迫项的速度和压力波动的统计，在相同半径的球体上进行评估。在小变形的限制下，这种方法将气泡变形和背景湍流速度波动正式联系起来。的总表面变形和每个单独的模式的增长计算从直接的数值模拟使用适当的Voronoi分解的气泡表面。我们发现，两个连续的时间制度发生：第一个政权对应于仅由惯性力驱动的变形，与界面变形的线性增长的时间，与模型预测一致，而第二个政权的结果从惯性力和表面张力之间的平衡。这两个制度之间的过渡时间是由气泡振荡的第一瑞利模式的周期。我们讨论了如何使用我们的方法将气泡寿命与湍流统计数据联系起来，并最终表明，在高韦伯数下，气泡寿命可以从气泡尺度的湍流波动统计数据中推导出来。
2021-04-13 physics.flu-dyn
Modulating Leidenfrost-like Prompt Jumping of Sessile Droplets on Microstructured Surfaces NPformat
本文报道在微柱表面上于130°C低温下实现水微滴的类莱顿弗罗斯特瞬跳，通过调控柱高改变热边界层厚度，实现两种气泡生长模式下的可控跳跃，为快速除污提供新策略。
2024-05-25 physics.flu-dyn
The Rayleigh collapse of two spherical bubbles
考虑了两个相互作用的非平移等尺寸球形气泡的惯性坍缩。首先通过一个缓慢收敛的幂级数得到了控制空泡半径的非线性常微分方程的精确解析解。然后构造一个渐近逼近，加速收敛的系列，并施加的渐近崩溃行为时，半径很小。该解决方案概括了经典的1917年瑞利问题的单气泡崩溃，因为这种配置是恢复时，气泡中心之间的距离远远超过他们的半径。
2021-02-10 physics.flu-dyn
Bubble-Driven Inertial Micropump
研究了气泡驱动惯性微泵的基本作用。该泵没有移动部件，由一个热敏电阻器组成，该热敏电阻器不对称地放置在连接两个储液器的直通道内。使用数值模拟，净流量作为通道的几何形状，电阻器的位置，汽泡强度，流体粘度和表面张力的函数进行了研究。两个主要制度的行为确定：轴向和非轴向。在轴向状态下，驱动气泡或者保持在通道内，或者当其到达储器时继续轴向生长。在非轴向状态下，气泡从通道中生长出来，并且在储液器内部时在所有三个维度上生长。轴向状态下的净流量相对于通道横截面的水力直径是抛物线形的，但在非轴向状态下则不是。从数值模拟，它是确定的净流量是最大时，轴向政权跨越到非轴向政权。为了阐明泵的基本物理原理，发展和求解了唯象的一维模型。利用硅SU8微泵的制作技术，制作了一个微泵线性阵列，并在实验上证明了在2 mm宽的通道上的半连续泵浦。测量的净流量随流体粘度的变化与模拟结果非常一致。
2012-02-22 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn physics.ins-det
A Universal Scaling Law for Jets of Collapsing Bubbles
空化气泡在压力梯度grad（p）中塌陷和反弹形成被“蒸汽射流”包围的“微射流”。这封信提出了前所未有的观察蒸汽射流形成在一个统一的重力诱导梯度（p），调制上抛物线飞行。数据揭示了归一化射流体积与液体密度和粘度无关，并且与zeta=grad（p）* R 0/p成比例，其中R 0是最大气泡半径，p是驱动压力。受“Kelvin-Blake”考虑启发的推导证实了这一定律，并揭示了它对表面张力的依赖性可以忽略不计。我们进一步推测，只有当zeta>0.0004时，射流才能穿透气泡边界。
2011-09-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Three-dimensional simulation of film boiling on a horizontal surface with magnetic field
本文通过三维数值模拟研究了垂直与水平磁场对水平表面膜态沸腾的影响，揭示了磁场方向通过诱导定向电磁力抑制截面涡旋，从而形成柱状射流或二维蒸汽薄片的不同沸腾形态与传热特性。
2024-10-01 physics.flu-dyn
DNS and LES of two-phase flows with cavitation
我们报告了可压缩两相流的物理和数值模拟的最新进展，涉及液体和气体状态之间的相变的流体。采用细观尺度的锐界面数值模型，对空化泡的高速动力学过程进行了良好分辨模拟（DNS）。所采用的蒸发/冷凝模型的基本假设是，相变发生在热非平衡和相关的时间尺度是大于波动动力学。三种不同的气泡壁配置的球形汽泡接近固体壁的崩溃的结果进行了讨论。这种数值研究的主要挑战是准确地再现整个塌陷过程中液体和蒸汽之间的界面的动态，包括后期阶段的高速动态，其中两相的可压缩性起着决定性的作用。直接界面解析模拟对于现实世界的技术应用是棘手的，例如涉及具有数百万个蒸汽气泡和宽范围的时间和长度尺度的空化云的湍流。为此，我们发展了一个粗粒化模型，用于含空化的湍流两相流的大涡模拟。在LES中，蒸汽气泡构成必须相应地建模的子网格尺度。在网格尺度上，我们求解了均匀气液混合物的可压缩纳维-斯托克斯方程。为了得到合适的状态方程，我们假设相变的特征时间尺度远小于数值时间步长，并且相变是等熵的，并且在饱和压力下处于机械平衡。这个宏观模型被应用到现实的技术问题和更一般的流动，研究湍流和空化的相互作用。
2014-02-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Single-pulse dynamics and flow rates of inertial micropumps
气泡驱动惯性泵是一种新型的微通道液体输送方法。我们结合高速成像，计算流体动力学（CFD）模拟和一个有效的一维模型来研究惯性泵的基本原理。对于第一次，通过U形微通道的单脉冲瞬态流成像在整个泵周期与4微秒的时间分辨率。观测结果证实了理论和模拟预测的基本N形流动剖面。实验流速用于校准CFD和一维模型，以提取有效的气泡强度。在此基础上，对惯性抽运的频率特性进行了实验和数值研究。一旦连续脉冲开始在时间上重叠，则发现泵浦效率逐渐降低。
2016-04-18 cond-mat.other physics.flu-dyn
Microlayer in nucleate boiling seen as Landau-Levich film with dewetting and evaporation
本研究针对核态池沸腾中影响宏观传热的微层现象，提出其可视为汽泡生长时足部后退沉积的Landau-Levich液膜，通过实验与模拟揭示了微层的双区域结构及动力学特性。
2023-06-16 physics.flu-dyn
One-dimensional model of inertial pumping
介绍并求解了一维惯性泵送模型。该泵由微加热器产生的高压蒸汽泡驱动，该微加热器不对称地定位在微通道中。气泡近似为输送到通道内的两个流体柱的短期脉冲。流体动力学由具有可变质量但没有质量导数项的类牛顿方程描述。由于较小的惯性，短柱更快地重新填充通道并积累更大的机械动量。气泡溃灭后，流体总动量不为零，形成净流。两个不同版本的模型进行了详细的分析，解析和数值。在对称模型中，假定渠道-水库连接平面处的压力为常数，而在非对称模型中，通过伯努利项减少压力。对于低和中等的蒸汽泡压力，这两个模型预测存在一个最佳的微加热器的位置。非对称模型中的预测净流量约为2倍。对于非物理性的大蒸汽压，非对称模型预测饱和效应，而在对称模型中，净流量无限增加。泵送被非零粘度降低，但根据微加热器的位置不同程度地降低。
2013-02-21 cond-mat.other physics.flu-dyn
Plasmonic Bubble Nucleation and Growth in Water: Effect of Dissolved Air
在连续的激光照射下，浸入水中的贵金属纳米颗粒可以迅速升温，导致所谓的等离子体气泡的成核。在这项工作中，我们希望进一步了解气泡的成核和生长机制。特别是，我们定量地研究了溶解空气的量对气泡成核和生长动力学的影响，无论是对于初始的巨大气泡，它在打开激光器后不久形成，主要由蒸汽组成，还是对于气泡的最终生命阶段，在此期间，它主要包含从水中排出的空气。我们发现气泡的成核温度依赖于气体浓度：气体浓度越高，气泡的成核温度越低。此外，长期的diffusiondominated气泡生长是由气体浓度。对于空气再平衡水和空气过饱和水，气泡的半径随R（t）~t^1/3而增大。相比之下，在部分脱气的水中，生长要慢得多，因为即使在我们达到的最高温度下，水仍然不饱和。
2020-02-03 physics.flu-dyn
Effect of Cavitating-bubble Generators on the Dynamics of Unsteady Cloud Cavitation
本文采用一种称为空泡发生器（CGs）的被动空泡控制器方法，对CAV 2003基准翼型周围的非定常云空泡进行了三维数值研究。我们研究了这种被动控制器在水翼表面上对蒸发、气泡生成和气泡内爆的整个过程的影响。首先，本文采用部分平均纳维尔-斯托克斯（PANS）方法对无CG翼型的非定常空化流动进行了数值模拟。湍流方法与实现到开源有限体积包的传质模型相结合。然后，我们测试了不同尺寸和角度的CG在水翼表面。结果表明，适当的设计的CG的最大长度的附着空腔和水翼表面上的壁压脉动强度的大幅下降显着减少。
2018-08-13 physics.flu-dyn
Stabilization of the Rayleigh-Bénard system by injection of thermal inertial particles and bubbles
本文基于双流体 Eulerian 模型，通过线性稳定性分析研究了注入热惯性颗粒和气泡对 Rayleigh-Bénard 对流起始的稳定化作用，发现力学耦合与热容比可显著提升临界 Rayleigh 数，扩展了全密度范围的颗粒稳定机制。
2024-11-12 physics.flu-dyn
A volume averaging approach to the interfacial force in homogeneous bubbly flows with monodisperse bubbles
本研究基于体积平均理论，采用含同心气泡的圆柱形晶胞模型，推导求解气液泡状流双流体模型的界面力封闭问题，明确不同流区阻力系数比的变化规律，为两相流建模提供低成本的封闭律获取方法。
2023-11-08 physics.flu-dyn
