Viscous Taylor droplets in axisymmetric and planar tubes: from Bretherton's theory to empirical models
本研究的目的是推导出精确的模型，定量表征毛细管中非零粘度液滴的动态特性。特别是，我们提出了用于将液滴从管壁分离的均匀膜厚度的模型，用于液滴前部和后部曲率和压力跳跃的模型，以及用于在毛细管数范围内的液滴速度的模型，$Ca$，从$10^{-4}$到$1$和内部到外部粘度比，$λ$，从$0$，即气泡到高粘度液滴。在小毛细管数的限制下获得的理论渐近结果与在较大$Ca$下的精确数值模拟相结合。有了这些模型，我们可以计算液滴引起的压降。低毛细管数（$Ca<10^{-3}$）下的膜厚度与$λ<1$一样长的气泡的Bretherton标度一致。对于较大的粘度比，在$λ>10^3$饱和到比气泡的膜厚度大$2^{2/3}$倍的值之前，膜厚度单调增加。在较大的毛细管数下，膜厚度遵循Aussillous \& Quéré（2000）提出的气泡有理函数，其拟合系数取决于粘度比。该系数修改了在大毛细管数下膜厚度饱和的值。液滴的速度被发现是强烈依赖于毛细管数和粘度比。计算$Ca>10^{-3}$的压降时，液滴前后帽的法向粘性应力不可忽略。
2018-07-02 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
Thin films flowing down inverted substrates: two dimensional flow
本文在润滑近似的框架内研究了倒置基底上薄膜流动的自由表面不稳定性。我们允许前线和相关接触线的存在，并探讨它们在不稳定发展中所起的作用。据发现，接触线，建模常用的前体膜模型，导致自由表面不稳定性，没有任何额外的自然或激发扰动。单个参数D=（3Ca）^{1/3} \cot α $, where $ Ca $ is the capillary number and $ α $ is the inclination angle, is identified as a governing parameter in the problem. This parameter may be interpreted to reflect the combined effect of inclination angle, film thickness, Reynolds number and the fluid flux. Variation of $ D$导致不稳定性的波动性质的改变，使我们能够观察到行波行为、混合波和类似孤立波的波。
2010-03-16 physics.flu-dyn
A one-dimensional model for axisymmetric deformations of an inflated hyperelastic tube of finite wall thickness
本文提出了一种用于分析膨胀超弹性管轴对称变形的一维模型，该模型通过降维方法推导，能够有效描述厚壁管的非线性变形及隆起过程。
2025-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Premixed flame propagation in vertical tubes
本文给出了光壁垂直管内预混火焰传播的解析处理方法。采用在壳火焰描述，得到了描述具有小但有限前缘厚度的准稳态火焰的方程，并进行了数值求解。据发现，在易燃性的极限附近，描述向上的火焰传播的解决方案来对具有接近的传播速度，并且重力的作用是扭转由火焰产生的燃烧气体的速度分布。在此基础上，发展了引力场驱动的部分火焰传播理论。给出了一个完整的解释复杂的观察到的行为的限制火焰，包括依赖于燃烧域的大小，部分火焰传播的大距离，和火焰熄灭的进展的可燃性范围。详细讨论了有限前厚度效应的作用。此外，各种机制管理火焰加速光滑管被确定。甲烷-空气火焰在开口管中的加速被证明是由环境冷空气产生的流体静压差和管端处的动态气体压力差的综合效应。另一方面，一个强大的自发加速的快速甲烷-氧气火焰在其演变的初始阶段，在开闭管的准稳态传播制度的亚稳性的条件。所得到的结果与实验数据进行了广泛的比较。
2015-12-23 physics.flu-dyn
Impact of Droplets on Inclined Flowing Liquid Films
利用高速成像技术对液滴对倾斜下降液膜的撞击进行了实验研究。降膜是在平坦的基底上产生的，具有可控的厚度和流速。采用不同尺寸和速度的液滴，研究了不同Ohnesorge数、Weber数和液膜雷诺数下的液滴撞击过程。一些现象与液滴的影响进行了识别和分析，如弹跳，部分聚结，总聚结，飞溅。液滴的大小，速度，以及膜流率的影响进行了研究，最终产生的影响制度地图。对液滴通过气体层所受润滑力的分析表明，液膜中流速越大，润滑力越大，液滴的排液过程越慢，液滴弹跳的概率越大。我们的研究结果表明，流动的薄膜有深刻的影响，液滴的冲击过程和相关的现象，这是显着更复杂的比那些伴随着最初的静态膜的影响。
2015-09-02 physics.flu-dyn
Three Dimensional Simulation of Oscillatory Flow in Partial Porous Tube
本文研究了变壁厚多孔层直管内振荡流动的特性。讨论了两种不同多孔介质层的速度分布、相位差和最大速度的径向位置，并进行了比较。本文采用纳维-斯托克斯方程对管芯的透明介质进行模拟，而对管外多孔层采用Darcy-Brinkmann-Forcheimmer模型。这些方程的解决方案已经获得了基于有限体积法的三维非结构化求解器。高渗透率多孔介质管的速度剖面是研究结果的主要亮点。
2021-04-27 physics.flu-dyn
Bubble size prediction in co-flowing streams
在本文中，通过气体射流在同轴微流控装置中的破碎形成的气泡的大小推导。由同向流动的液体流包围的气体射流破碎成单分散的微气泡，并且气泡的尺寸由内部气体射流的半径和气泡形成频率确定。我们通过求解低雷诺数流动的纳维-斯托克斯方程和最小化耗散能来获得气体射流的半径。气泡尺寸的预测仅基于系统的控制参数，即内部气体流速$Q_i$、外部液体流速$Q_o$和管半径$R$。对于非常低的气液流速比（$Q_i / Q_o \rightarrow 0$），气泡半径与$r_b / R \propto \sqrt{Q_i / Q_o}$成比例，与内外粘度比$η_i/η_o$和气体中的速度分布类型无关，其可以是平坦的或抛物线的，这取决于高分子量表面活性剂是否覆盖气液界面。然而，在气体速度分布为抛物线且粘度比足够低的情况下，即$η_i/η_o \ll 1$，气泡直径与$r_b \propto (Q_i/Q_o)^β$成比例，其中$β$小于1/2。
2011-03-01 physics.flu-dyn
Surface tension of flowing soap films
流动的皂膜的表面张力相对于膜厚度和皂溶液的浓度来测量。我们通过测量束缚肥皂膜通道的尼龙线的曲率来执行该测量，并使用测量的曲率来参数化表面张力和线的张力之间的关系。我们发现当膜较薄或由低浓度的皂液制成时，我们的皂膜的表面张力增加，否则它接近于30 mN/m的渐近值。一个简单的吸附模型，只有两个参数描述我们的观察相当不错。通过我们的测量，我们还能够测量肥皂膜的吉布斯弹性。
2017-11-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Surface-tension-driven evolution of a viscoplastic liquid coating the interior of a cylindrical tube
肺中气道闭合的一种机制是衬在气道壁上的粘液层的表面张力驱动的不稳定性。我们研究的不稳定性的轴对称层的粘塑性宾汉液体涂层内部的刚性管，这是一个简单的模型，考虑到屈服应力的粘液气道。利用长波理论导出了液层厚度的演化方程，并由此导出了更简单的薄膜演化方程。在薄膜的情况下，我们表明，两个分支的边际屈服的静态解的演化方程可以用来预测触发不稳定性和量化如何增加毛细管宾汉数（一个参数测量屈服应力相对于表面张力）所需的初始扰动的大小减少最终变形的层。使用数值解的长波演化方程，我们量化的临界层厚度所需的形成一个液体塞在管中的毛细管宾汉数增加。我们讨论了这些研究结果的意义，在阻塞性条件下，如囊性纤维化，其中粘液层往往较厚，并具有较高的屈服应力建模气道关闭。
2022-05-17 physics.flu-dyn
Particulate suspension coating of capillary tubes
在毛细管或多孔介质中通过不混溶流体置换颗粒悬浮液是典型的构造，其在大量的自然和工业应用中得到应用，包括水净化、胶体和微塑料的分散、管道的涂覆和功能化。分散在流体中的颗粒对界面动力学和对留下的液膜的性质的影响仍然知之甚少。在这里，我们研究的涂层膜的沉积在毛细管的壁引起的空气推动的悬浮塞的平移。我们确定了不同的沉积制度作为一个函数的平移速度的插头，颗粒大小，和悬浮液的体积分数。的涂层膜的厚度的特征在于，我们表明，类似于浸涂，三个涂层制度，液体，异质性，和厚膜，观察。我们还表明，在一阶，膜厚比颗粒直径可以预测使用悬浮液的有效粘度。然而，我们还报告说，对于大颗粒和浓缩悬浮液，剪切引起的迁移机制导致局部变化的体积分数和修改的沉积膜的厚度和组合物。
2022-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Propulsion by a Helical Flagellum in a Capillary Tube
我们研究了微尺度推进的旋转螺旋细丝限制在一个圆柱形的管，使用边界元方法的斯托克斯流，占螺旋对称。我们确定禁闭对游泳速度和功耗的影响。除了在最严格的约束管半径的小范围内，在固定的旋转速率的游泳速度单调增加的约束变得更紧密。在固定扭矩下，游动速度和功率消耗仅取决于细丝中心线的几何形状，除了在细丝厚度起作用的最小俯仰角处。我们发现，“正常”的几何形状的\textit{Escherichia coli}鞭毛的游泳效率进行了优化，独立的限制程度。当螺距内的螺旋线的弧长与圆柱形壁的圆周相匹配时，效率达到峰值。我们还表明，在一个管中的游泳螺旋诱导沿管的流体的净流量。
2013-10-22 physics.flu-dyn
Dynamics of liquid plugs in prewetted capillary tubes: from acceleration and rupture to deceleration and airway obstruction
对预湿圆柱形毛细管内恒压头下单个液塞的动力学进行了实验和理论研究。它示出，取决于预湿膜的厚度和压头的大小，塞子可以经历连续的加速，导致其尺寸的急剧减小，并最终破裂，或者相反，与它们的生长和气道阻塞的加剧相关的逐渐减速。这些行为用简单的非线性模型定量再现[Baudoin等人，Proc. Nat. Ac. Sci. USA，2013，110，859]，此处适用于圆柱形通道。此外，这两个政权之间的过渡的分析标准的推导和成功地与大量的实验数据进行比较。这项工作对肺阻塞性疾病的潜在影响进行了讨论。
2016-09-12 physics.flu-dyn
Surfactant amplifies yield-stress effects in the capillary instability of a film coating a tube
该研究针对肺气道黏液流动问题，探究不溶性表面活性剂对管内黏塑性液层毛细不稳定性的影响，发现表面活性剂可增强屈服应力抑制黏液栓形成的效应，为阻塞性肺病研究提供流体力学依据。
2023-07-11 physics.flu-dyn
The influence of van der Waals interactions on a bubble moving in a tube
本文研究了在圆柱形毛细管中匀速前进的粘性可忽略的长气泡的非定常薄膜动力学。气泡取代粘性的非润湿流体，在其界面和管壁之间形成薄膜。该膜被认为足够薄，使得范德华吸引力形式的分子间力是显著的，并且薄膜破裂是可能的。在可忽略的分子间力的情况下，存在稳态溶液，其中在气泡界面和管壁之间的环形区域中沉积均匀厚度的膜。然而，一旦分子间相互作用是重要的，界面被扰动脱离其稳定状态，并且（i）扰动在到达气泡的后弯月面之前充分增长，使得破裂发生;或者（ii）扰动由于弱的分子间力而保持小，直到其通过后弯月面离开气泡界面。我们得到，无论是数值和渐近，时间尺度上发生破裂，因此，我们找到一个临界毛细管数，取决于气泡的长度和强度的分子间力，低于该膜预计破裂。
2016-10-24 physics.flu-dyn
Influence of van der Waals forces on the instability of a liquid film in a tube
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；University of Twente（特温特大学）
研究通过线性稳定性分析揭示范德瓦尔斯力增强扰动增长、降低主导波长及减少临界液膜厚度的作用，同时通过数值模拟验证并扩展至非线性区域，发现其改变界面形态并抑制卫星丘形成。
2026-04-07 physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Study of Argon Flow in a Carbon Nanotube
本研究利用分子动力学方法模拟碳纳米管内氩气流动，发现原子传输分为进入和混乱振荡两阶段，运动高度随机但完全由分子间作用力主导。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Film-wise condensation of pure vapour in flattened tubes: A numerical study of the combined influence of aspect ratio and rotation angle
本研究数值模拟扁平管内蒸气膜状冷凝，探究纵横比与旋转角对液膜厚度分布及传热效率的影响，发现纵横比6、旋转角90°时传热较圆管可提升74%。
2025-09-24 physics.class-ph physics.flu-dyn
Stability and breakup of liquid threads and annular layers in a corrugated tube
通过长波近似，研究了被另一粘性流体层包围的轴对称液线的稳定性和破碎行为。这两种流体是不混溶的，并被限制在同心放置的圆柱形管中。该模型考虑了管壁变形的影响，考虑了管壁形状与螺纹界面动力学之间的相互作用。由于方程中存在非常数系数，线性化系统由Floquet理论研究，并且通过Fourier-Floquet-Hill方法数值计算谱。由此产生的功能同意定性的基础上获得的润滑模型在薄的环形极限，其中的短波扰动，将是稳定的，由于毛细作用在没有壁面波纹，可以激发一些不稳定的长波。线性理论的结果也通过对演化方程的直接数值模拟得到了数值验证。同时，发现了主模态从无壁面管的主模态向有壁面管的主模态的转变，最后，在非线性区域内，当芯线夹断时，液滴的形成被显示出来。当管壁靠近螺纹界面时，随着箍缩的进行，环形膜状排水区也逐渐接近。此外，我们的研究结果表明，抑制箍缩的可能性，这取决于平均环形层厚度和管半径的变化。
2020-07-07 physics.flu-dyn
On the liquid film instability of an internally coated horizontal tube
本文从理论上和数值上研究了在重力驱动下，水平圆柱管内壁上粘性液膜绕无剪切动态惰性气体核的流动。液-气界面易发生Rayleigh-Plateau和Rayleigh-Taylor不稳定。在这里，我们专注于低和中间的债券号码，BO，毛细管力和引力是可比的，瑞利-泰勒不稳定性的限制是已知的被抑制。我们首先研究的轴向不变的排水流的演变，从一个均匀的膜厚，直到达到准静态制度的气泡接近上管壁。然后，我们研究了两个框架内的流量线性稳定性：冻结的时间框架（准稳态）稳定性分析和瞬态增长分析。我们探讨了表面张力（Bo）和惯性（用Ohnesorge数Oh测量）对流动及其稳定性的影响。线性稳定性分析表明，界面变形在大的Bo的结果抑制的瑞利-高原不稳定性的渐近长时间限制。此外，瞬态增长分析表明，初始流的演变不会导致任何相当大的额外放大的初始界面扰动，后验合理化的准稳态假设。本研究对Duclaux等人[15]通过实验发现的稳定阈值进行了令人满意的预测。
2022-11-21 physics.flu-dyn
Liquid Heterostructures: Generation of Liquid-Liquid Interfaces in Free-Flowing Liquid Sheets
化学反应和生物过程通常由两个液相之间的界面的结构和输运动力学控制。尽管它们的重要性，我们的液-液界面的微观理解已严重阻碍了难以通过散装液体访问的接口。在这里，我们展示了一种方法，用于产生大面积的液-液界面内的自由流动的液体片，我们称之为液体异质结构。这些薄片可以做得足够薄，以传输来自整个光谱的光子，这也最大限度地减少了相对于界面的大量液体的量，使它们成为广泛的光谱学和散射实验的理想目标。所述片材用微流体喷嘴生产，所述微流体喷嘴将一种液体的两个会聚射流冲击到另一种液体的第三射流的两侧上。由碰撞射流提供的流体动力都产生多层层流液体片，其中中心射流在中间被压扁。红外显微镜，白光反射率和成像椭圆偏振测量表明，埋层具有可调的厚度，并显示良好定义的液-液界面，并且内层可以薄于100 nm。
2022-03-16 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Isothermal transport of a near-critical binary fluid mixture through a capillary tube with the preferential adsorption
本文研究了非电解质二元流体混合物通过连接两个储层的毛细管的等温输运。通常，一种组分优先吸附在管壁上，并且由于大的渗透敏感性，吸附变得显著。当流动由储存器之间的压力差驱动时，流出管的混合物富含优选组分。当流动由质量分数差驱动时，在存在优先吸附的情况下发生总质量流，这意味着出现扩散渗透。这些现象可以看作是相互联系的交叉效应。我们还研究了这些现象，通过使用基于粗粒自由能泛函，这是以前得到的重整化局部泛函理论的流体动力学数值。特别指出，在扩散渗透中，电导或在给定的质量分数差下的总质量流率可随温度非单调地变化。
2022-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow Visualisation of Annular Liquid Sheet Instability & Atomisation
本文介绍了不稳定薄环形液膜的流体动力学视频。这些视频将于2012年11月18日至20日在加利福尼亚州圣地亚哥举行的流体动力学分部美国物理学会第65届年会的流体运动画廊中展出。厚度h=1mm、平均半径R=18.9mm的环形板在液体板雷诺数Re=500时，受到来自内表面和外表面上不同剪切速率的同向流动空气的气动轴向剪切。
2012-08-09 physics.flu-dyn
Separation of bacterial spores from flowing water in macro-scale cavities by ultrasonic standing waves
利用超声波驻波从稳定的水流中分离出微米级的细菌孢子（蜡状芽孢杆菌）。横截面为0.0254 m x 0.0254 m的超声波谐振器设计有用于水流的流动入口和出口，以确保流入和流出流管的谐振器部分的层流条件。一个直径为0.01905米的PZT-4，标称2 MHz的换能器用于在谐振器中产生超声驻波。声谐振器从换能器面到相对的反射器壁为0.0356 m，其中声场在与水流方向正交的方向上。在固定频率激励下，孢子集中在声辐射力的稳定位置处，并被捕获在谐振器区域中。研究了换能器电压和频率对谐振腔中孢子捕获效率的影响。成功分离B。以40-250 ml/min的典型体积流率从水中分离蜡状芽孢，在40 ml/min的单程中获得了15%的效率。
2010-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn physics.ins-det
Viscoplasticity can stabilise liquid collar motion on vertical cylinders
该研究通过薄膜理论和匹配渐近展开分析，发现粘塑性屈服应力可稳定垂直圆柱上液体环的平移，与牛顿流体不同，存在稳定的稳态平移状态。
2025-08-12 physics.flu-dyn
Effect of tube diameter and capillary number on platelet margination and near-wall dynamics
研究了管径$D$和毛细血管数$Ca$对$\approx 37\%$管红细胞压积下血流中血小板边集的影响。该系统被建模为三维悬浮液的可变形的红细胞和几乎刚性的血小板使用的晶格玻尔兹曼，浸没边界和有限元方法的组合。结果表明，边缘化是由非扩散径向血小板运输促进。这种效应在无细胞层边缘附近很重要，但仅在$Ca > 0.2$中观察到，此时红细胞是坦克踩踏而不是翻滚。还显示血小板在无细胞层中的捕获对于$Ca \leq 0.2$是可逆的。仅对于最小的研究试管（$D = 10 μ\text{m}$），边集基本上与$Ca$无关。一旦血小板到达无细胞层，它们倾向于滑动而不是翻滚。翻滚速率基本上与$Ca$无关，但随$D$增加。由于$\approx 37\%$试管红细胞压积的无细胞层厚度相对较小，因此通过强约束抑制翻滚。
2015-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Resistive sensor and electromagnetic actuator for feedback stabilization of liquid metal walls in fusion reactors
聚变反应堆中的液态金属壁将受到不稳定性、湍流、感应电流、误差场和温度梯度的影响，这将使它们局部膨胀，从而与等离子体接触，或者耗尽，从而暴露下面的固体基底。为了防止这种情况，研究已经开始通过在厚度测量的反馈中局部施加力来主动稳定静态或流动的液态金属层。在这里，我们提出了液态金属厚度的电阻传感器，并演示了jxB致动器，以局部控制它。
2016-08-17 physics.flu-dyn physics.ins-det physics.plasm-ph
Tunneling of Micro-sized Droplets Through a Flowing Soap Film
当微米级水滴以$v_{i}$的速度撞击自由悬浮的肥皂膜时，存在一个临界撞击穿透速度$v_{C}$。对于具有$v_{i}<v_{C}$的液滴，其在冲击后与皂膜一起流动，而具有$v_{i}>v_{C}$的液滴，其隧穿。在所有情况下，尽管液滴半径（$R_{0}=26\,μm$）远大于膜厚度（$0<h\lesssim10\,μm$），膜仍保持完整。临界速度$v_{C}$被测量为$h$的函数，有趣的是，$v_{C}$在极限$h\rightarrow0$中接近渐近值$v_{C0}\simeq520\,$ cm/s。这表明，除了惯性效应之外，穿透还需要膜的变形或拉伸能量。定量地，我们发现，这种变形能对应于创建$\sim14$倍的液滴的横截面积（$14πR_{0}^{2}$）或临界韦伯数${\rm We_{C} } (\equiv2R_{0}ρ_{w}v_{C0}^{2}/σ)\simeq44$，其中$ρ_{w}$和$σ$分别是水的密度和表面张力。主要结果：研究了液滴与皂膜的相互作用。当冲击速度大于临界速度时，液滴穿透肥皂膜而不破膜，并利用考虑膜拉伸的机械碰撞模型对实验结果进行了合理化解释。
2018-08-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
An isogeometric boundary element method for soft particles flowing in microfluidic channels
了解可变形颗粒的流动，如液滴，合成胶囊和囊泡，以及限制在小通道中的生物细胞，对于广泛的潜在化学和生物医学工程应用至关重要。在低雷诺数流动中，这种流体-结构（膜）相互作用的计算机模拟提出了流动应力、复杂颗粒的界面机械特性和流体限制之间的复杂相互作用所面临的重大挑战。在这里，我们提出了一个等几何计算框架相结合的有限元法（FEM）和边界元法（BEM）的变形和运动的一个单一的软颗粒在微流体通道中传输的准确预测。建议的数值框架构造一致的等几何分析范式;循环的细分元素不仅用于几何的表示，而且用于膜力学求解器（FEM）和界面流体动力学求解器（BEM）。我们验证我们的方法通过比较的模拟结果与高精度的基准解决方案，在文献中提供的两个著名的例子，即一个恒定的表面张力在一个圆形的管和一个非常薄的超弹性膜在一个正方形通道的胶囊液滴。我们表明，数值方法具有二阶收敛在时间和空间。为了进一步证明该算法的准确性和长期数值稳定的模拟，我们进行流体动力学计算的脂质囊泡与弯曲刚度和红细胞与复合膜在毛细血管。本文的工作为研究受限软颗粒的变形行为，特别是颗粒在槽道流中的形状转变和动力学及其流变特征提供了可能。
2020-02-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
On the formation of a tulip flame in closed and semi-open tubes
本文通过高分辨率直接数值模拟研究封闭与半封闭管道中氢气/空气火焰形成郁金香形状的机制，揭示火焰减速阶段产生的稀疏波及其反向流与边界层增厚导致轴向速度剖面呈倒置郁金香形，进而决定火焰锋面形状。
2022-09-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dynamics of a liquid plug in a capillary tube under cyclic forcing: memory effects and airway reopening
在本文中，我们从实验和理论两方面研究了在圆柱形刚性毛细管内受周期性循环力驱动的液塞的动力学行为。首先，它示出，取决于类型的强制（流量或压力循环），液体塞的动态可以是稳定的和周期性的，或相反加速，并最终导致塞破裂。在后一种情况下，我们确定的来源的不稳定性：（i）的塞粘性阻力的运动由于塞长度的减少和（ii）由于润滑效果的塞界面阻力的循环减少的周期性减小。由于流动是准静态的和强制周期性的，这种循环演变的阻力依赖于存在的流动记忆存储在长度的塞和厚度的尾随膜。第二，我们表明，相反的单向压力迫使，循环迫使使大插头在有限的空间，虽然它需要更长的时间打破。所有的实验观察到的趋势定量恢复从一个分析模型。这项研究不仅揭示了潜在的物理学，而且开辟了模拟复杂几何形状的液体塞的“呼吸”和确定阻塞气道重新开放的最佳周期的前景。
2017-10-23 physics.class-ph physics.flu-dyn
Liquid dispensing and writing by a nano-grooved pin
在极小尺寸范围内的液体分配和写入对于许多当前技术中的应用是重要的，例如微/纳米制造、生物/化学图案化和分析以及药物发现。当前的大多数分配/写入方法都可以归类为一类液体流过微小的管道或喷嘴，需要输入脉冲能量，这导致程序复杂、设备昂贵和材料适用性窄，尤其是对于生物材料。在这里，我们报告了一种可能导致新类别的方法：液体流过表面上具有纵向纳米凹槽的针的锥形表面，以不间断地执行液滴分配和直接写入。分配的液滴直径是可控的，从几微米到150 nm，和写入线高度低至5 nm。揭示了液体在锥形表面上的自动存储和通过纳米沟槽的自发输运的机制，并通过一个简单的关系很好地模拟。此外，与纳米级管和喷嘴相比，纳米凹槽销在制造上简单得多且便宜得多，并且销具有对于管和喷嘴通常麻烦的更低的堵塞问题。我们的新战略可能构成创建液体分配/书写技术的基础，这些技术同时更小，更简单，更快，适用于更多类型的材料。
2016-03-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.optics
