Analytical models for pressure-driven Stokes flow through superhydrophobic and liquid infused tubes and annular pipes
本文推导了压力驱动Stokes流通过带纵向狭缝的光滑管道和环形管道的解析模型，引入有限局部滑移长度以超越完美滑移假设，为圆形几何中表面滑移的设计与优化提供了重要工具。
2023-05-18 physics.flu-dyn
The rolling and slipping of droplets on superhydrophobic surfaces
许多植物的叶子都具有超疏水性，这种特性可能是为了通过鼓励水滴聚集并滚落来清洁叶子。超疏水表面也可以表现出降低的摩擦，并且已经发现在这种表面上流动的液体在明显违反经典无滑动边界条件的情况下滑动。在这里，我们引入了一个模型的超疏水表面上的滚动液滴和调查在什么条件下滑动可能是重要的稳态运动。特别是，我们研究了三个限制的情况下，在滚动液滴耗散为主的粘性耗散，表面摩擦，或接触线摩擦。我们发现，在分子动力学模拟液滴在理想的超疏水表面与大的有效滑移长度，接触线耗散占主导地位的液滴运动。然而，在实际叶片上，液滴运动很可能是由粘性剪切，和滑动，在大多数情况下，可以忽略不计。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonlocality of the slip length operator for scalar and momentum transport in turbulent flow over superhydrophobic surfaces
本研究针对超疏水表面湍流的标量与动量输运，采用宏观强迫方法对比两种边界条件，发现有限尺寸纹理下均匀化滑移长度存在显著非局域性，并验证了其对雷诺平均解的重要影响。
2025-01-25 physics.flu-dyn
'Gas cushion' model and hydrodynamic boundary conditions for superhydrophobic textures
具有捕获的气泡的超疏水Cassie纹理通过产生大的有效滑移来减少阻力，这对于涉及在小尺度下操纵液体的各种应用是重要的。在这里，我们讨论如何在气相中的纹理耗散修改其摩擦性能。我们提出了一种算子方法，它允许我们映射的气体亚相的流动在液体/气体界面的局部滑移边界条件。所确定的唯一局部滑移长度取决于粘度对比度和底层地形，并且可以立即用于评估纹理的有效滑移。除了超润滑Cassie表面，我们的方法适用于低粘度“润滑剂”浸渍的粗糙表面，甚至适用于Wenzel纹理，其中液体遵循表面浮雕。这些结果提供了一个框架的合理设计的纹理表面的许多应用。
2014-10-06 physics.flu-dyn
Flow in channels with superhydrophobic trapezoidal textures
超疏水一维表面通过结合疏水性和粗糙度来捕获微观纹理中的气泡，从而减少阻力并产生横向流体动力学现象。最近在这一领域的工作集中在超疏水条纹的具体情况。在这里，我们提供了一些理论结果，以指导优化的前向流和横向流体动力学现象的平行板通道与超疏水梯形纹理，变化的尺度大于通道厚度。这样一个薄的通道的渗透率被证明是相当于一个更大的平均滑移条纹之一。横向流动的最大化通常需要在气体区域处的最大可能的滑移，类似于条纹通道。然而，在梯形纹理的情况下，与一个非常小的分数的固相，这个最大值发生在一个有限的滑移在气体区域。精确的数值计算表明，我们的分析，基于润滑理论，也可以适用于一个更大的间隙。然而，在这种情况下，它高估了通道的渗透性，并且低估了流动的各向异性。我们的研究结果提供了一个框架的合理设计的超疏水表面的微流体应用。
2013-10-08 physics.flu-dyn
Effect of a surface tension gradient on the slip flow along a superhydrophobic air-water interface
超疏水表面已被证明产生显着的阻力减少在层流和湍流通过引入表观滑移速度沿空气-水界面被困在表面粗糙度。在本研究中提出的实验中，我们证明了存在的表面张力梯度与所得的马兰戈尼流沿空气-水界面，导致滑移速度和滑移长度显着减少。在这项研究中，沿毫米大小的空气-水界面的滑移速度进行了实验研究。这种大规模的空气-水界面促进了详细的调查的界面速度分布的流速，界面曲率和界面几何形状的变化。对于空气-水界面支持以上连续的凹槽（同心环内的扭转剪切流），其中没有表面张力梯度存在，滑移速度高达30%的体积速度进行了观察。然而，对于支持以上的不连续的凹槽（矩形通道Poietille流）的空气-水界面，表面张力梯度的存在下，降低了滑移速度，并在某些情况下导致界面速度，这是相反的主流方向。在翼展方向上的空气-水界面的曲率被发现支配的界面流动剖面的细节与反向流动的界面的中心的凹面和凸面沿外部的界面。空气-水界面的偏转也被发现极大地影响滑移的大小。沿空气-水界面施加相对小的表面张力梯度的数值模拟能够预测沿空气-水界面的减小的滑移速度和回流。
2018-03-30 physics.flu-dyn
A theory for the slip and drag of superhydrophobic surfaces with surfactant
超疏水表面（SHS）具有降低固体边界阻力的潜力。然而，多项独立研究最近表明，少量的表面活性剂，自然存在于环境中，可以诱导马兰戈尼力，增加阻力，至少在层流状态。为了获得准确的阻力预测，必须求解质量、动量、本体表面活性剂和界面表面活性剂守恒方程。这需要昂贵的模拟，从而阻止表面活性剂被广泛认为是SHS研究。为了解决这个问题，我们提出了一个稳定的理论，压力驱动，层流，二维流在一个周期性的SHS通道可溶性表面活性剂。我们线性化流动和表面活性剂之间的耦合，在小浓度的假设下，找到一个缩放预测的局部滑移长度。为了获得减阻和界面剪切，我们找到了一个级数解的速度场假设斯托克斯流在体和均匀的界面剪切。我们发现如何滑移和阻力取决于九个无量纲组，共同表征表面活性剂运输附近的SHS，气体分数和归一化的界面长度。我们的模型与数值模拟在每个无量纲组跨越数量级。模拟还提供了标度理论中的常数。我们的模型显着提高了预测相对于一个表面的自由，否则可以高估滑动和低估阻力的几个数量级。我们的滑移长度模型可以在其他模拟中提供边界条件，从而无需解决整个问题即可考虑表面活性剂的影响。
2019-10-16 physics.flu-dyn
Large Drag Reduction over Superhydrophobic Riblets
脊状表面和超疏水表面是两种已被证实的被动减阻技术。我们描述了一种方法来制造表面，结合这两种技术，以增加减阻性能。样品已被测试与锥板流变仪系统，并已证明显着的阻力减少，即使在过渡湍流制度。直接数值模拟已被执行，以估计在较高的转速下的等效滑移长度。具有100~ $μ$ m深沟槽的样品表现得非常好，在所测试的整个流动条件范围内显示出15至20 $\%$的减阻变化，并且其滑移长度估计超过100 $μ$ m。
2014-06-02 physics.flu-dyn
Scaling laws for slippage on superhydrophobic fractal surfaces
我们研究了分级分形超疏水表面上的滑移现象，发现在这些表面上流体动力学摩擦具有意想不到的丰富行为。我们开发了一个标度律方法的有效滑移长度，这是通过数值解的流体动力学方程进行验证。我们的研究结果表明，滑移强烈依赖于分形维数，并发现总是较小的分形表面相比，表面有规律的图案。这表明，与天真的期望相反，有效接触角的值不足以推断分形表面上的滑移量：取决于粗糙度的基本几何形状，强超疏水表面在某些情况下可能在减阻方面完全无效。最后，我们的缩放分析可以直接扩展到分形表面的热传递的研究，以估计图案化表面上的Kapitsa表面电阻，以及在chemoreception的背景下，通过斑片状层次表面捕获扩散粒子的问题。
2012-01-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A model for slip and drag in turbulent flows over superhydrophobic surfaces with surfactant
超疏水表面可以降低湍流中的摩擦阻力。在层流状态下，已经表明痕量的表面活性剂可以抵消这种阻力降低，有时使这些表面不比固体壁好（Peaudecerf等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114（28），7254-9，2017）。然而，表面活性剂对SHS减阻性能的影响尚未在湍流条件下进行研究，根据当今的标准，预测表面活性剂在直接数值模拟中的影响仍然很昂贵。我们提出了一个湍流模型，包括表面活性剂，在通道或边界层配置，在长但有限长度的流向脊是周期性的展向方向，周期$P$和气体分数$φ$。我们采用了一种基于移位对数定律的技术来获得减阻的表达式。平均流向和展向滑移长度是通过在粘性子层内引入局部层流模型而得到的，由此通过修改平均流向和展向滑移长度来模拟表面活性剂的作用。我们的模型同意从文献中获得的实验室实验数据时，条件是干净的（无表面活性剂），或当有低的表面活性剂水平。然而，我们发现一个明显的阻力增加较大的背景表面活性剂浓度的特点，湍流在SHS海洋应用。
2023-02-03 physics.flu-dyn
Drag reduction induced by superhydrophobic surfaces in turbulent pipe flow
在湍流管流中研究了超疏水表面的减阻作用。润湿的超疏水表面被示出为在其粗糙度中捕获气泡。这阻止了液体与该位置的壁直接接触，从而允许流动滑过气泡。我们考虑一个明确的纹理与流向槽的墙壁中的气体预计将被截留。这种配置是模拟交替无滑移和无剪切边界条件的墙壁。相对于经典的湍流管流，观察到显著的减阻，其强烈地取决于凹槽的尺寸和固体分数，即固体壁表面与管的圆周的总表面之间的比率。阻力减小是由于在固定压降下壁面处的平均滑移速度增加了流速。强化的边界条件也会产生特殊的湍流结构，这反而会降低流速。这两个并发的影响提供了一个整体的流量增加，通过平均轴向动量平衡证明。该方程提供了平均压力梯度、雷诺应力、平均流速和平均滑移速度贡献之间的平衡。
2018-09-24 physics.flu-dyn
Experimental evidence of slippage breakdown for a superhydrophobic surface in a microfluidic device
提出了一个完整的表征水流过硅超疏水表面与纵向微槽封闭在微流控装置。对接种有荧光被动示踪剂的流动的荧光显微镜图像进行数字处理，以测量超疏水表面的速度场以及液气界面的位置和形状。同时访问的弯月面和速度分布，使我们能够把一个严格的测试下的无剪切边界条件的液体-空气界面。令人惊讶的是，我们的测量结果表明，在表面空腔中的气穴可以维持非零的界面剪切应力，从而阻碍了表面的减摩能力。弯月面的位置和形状以及液体-空气界面摩擦对表面性能的影响分别进行评估和量化。
2014-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Linear stability of channel flow with microgroove-type anisotropic superhydrophobic walls
我们研究的时间线性不稳定性的通道流受到张量滑移边界条件，模型的滑移效应引起的微槽型超疏水表面。微槽不一定与驱动压力梯度对齐。Pralits等人Phys. Rev. Fluids 2，013901（2017）研究了相同的问题，并报告说微槽关于驱动压力梯度的适当倾斜角可以降低临界雷诺数，并且具有单个超疏水壁的流动比具有两个超疏水壁的流动更不稳定/不稳定。相比之下，我们表明，最低的临界雷诺数总是实现两个超疏水壁，我们得到的临界雷诺数显着低于报告。此外，我们发现，临界雷诺数可以进一步降低通过增加各向异性的滑移长度。随着倾斜角的变化，似乎有一个很强的相关性之间的不稳定性的强度和由倾斜角引起的基流的横流分量的大小。在两个壁上的微槽的倾斜角不同的情况下，临界雷诺数随着倾斜角的差的增加而增加，即具有平行微槽的两个超疏水壁给出最低的临界雷诺数。结果是翔实的设计的微槽型壁纹理引入不稳定性在低雷诺数通道流，这可能是感兴趣的增强混合或传热在小流量系统中的湍流不能被触发。
2022-09-12 physics.flu-dyn
Boundary conditions at the gas sectors of superhydrophobic grooves
研究了单向超疏水表面上液体流过气体扇区的流体动力学问题。注意力集中在液-气界面处的局部滑移边界条件上，该边界条件等效于气体空腔对液体流动的影响。该系统的特征在于液体和气体之间的大粘度对比$μ/μ_g \gg 1$。我们解释早期的结果，即依赖于流动方向的局部滑移长度，在张量局部滑移边界条件和相关的特征值的局部滑移长度张量的纹理参数，如宽度的凹槽，$δ$，和凹槽的局部深度，$e(y, α)$。后者在$y$方向上变化，垂直于条纹的方向，并且取决于在三相相交的点处的凹槽边缘的斜角$π/2 - α$。我们的理论表明，当凹槽是足够深的本地滑移长度张量的特征值只依赖于$μ/μ_g$，$δ$，和$α$，但不依赖于深度。浅槽的局部滑移长度的特征值依赖于$μ/μ_g$和$e(y, α)$，尽管斜角的贡献是中等的。为了评估我们的理论的有效性，我们提出了一种新的方法来解决两相流体动力学问题，这显着方便和加速计算相比，传统的数值方案。数值结果表明，我们的简单的解析描述得到的深槽和浅槽的极限情况下仍然有效的各种单向纹理。
2018-01-03 physics.flu-dyn
Evaporation of sessile drops on a heated superhydrophobic substrate
本文实验研究了加热超疏水铝基底上静止水滴的蒸发动力学，发现双液滴系统因蒸汽屏蔽效应蒸发更慢且寿命更长，并提出综合理论模型准确预测了不同温度和构型下的蒸发行为。
2025-07-01 physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann simulations of the drag force on a sphere approaching a superhydrophobic striped plane
利用格子Boltzmann方法研究了半径为R的球在超疏水条纹壁面附近所受的曳力随任意间距h的变化。超疏水（完全滑移与无滑移）条纹的特征在于织构周期L和气体面积的分数$ϕ$。对于非常大的值的h/R，我们恢复的宏观公式的一个球向亲水性无滑移平面移动。对于h/R=O（1）和更小的情况，拖曳力小于经典理论对亲水无滑动表面的预测，但大于与均匀完全滑动壁相互作用的球体的预期。在较薄的间隙下，与经典结果相比，力减小$h\ll R$变得更加明显，并且通过增加$ϕ$而最大化。在非常小的分离的限制，我们的模拟数据是在定量协议的渐近方程，它涉及到一个修正超疏水滑移的纹理参数的力。此外，我们还观察了流场和压力场在壁面附近的横向振荡特征，反映了条纹织构的非均匀性和各向异性的影响。最后，我们研究了球体上的横向力，该力在非常小的分离的情况下是可检测的，并且通过具有$ϕ=0.5$的条纹而最大化。
2014-01-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Anisotropic flow in striped superhydrophobic channels
我们报告的耗散粒子动力学模拟的结果，并制定了一个半解析理论的各向异性流在平行板通道与两个超疏水条纹壁。我们的方法是有效的任何本地滑移的气体部门和任意的距离之间的板，从厚到薄的通道。它使我们能够优化面积分数、滑移长度、通道厚度和纹理方向，以最大限度地提高横向流动。我们的研究结果可能是有用的提取有效的滑移张量从全球的测量，如通道的渗透性，在实验或模拟，也可以找到应用程序在被动微流体混合。
2012-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unsteady evolution of slip and drag in surfactant-contaminated superhydrophobic channels
本文建立超疏水通道内可溶性表面活性剂的非定常输运模型，结合长波与均匀化理论推导非线性通量波动方程，揭示其导致气膜刚性化、波陡化及滑移减阻时空变化的机制。
2024-02-22 physics.flu-dyn
Investigation of the effects of superhydrophobic surface treatment on the dynamics of the flow in the near wake of a sphere using spatial dynamic mode decomposition
Monash University（莫纳什大学）
研究通过动态模式分解分析超疏水表面处理对球体近尾涡剪切层动力学的影响，发现持续气垫显著改变该区域的不稳定性。
2026-07-29 physics.flu-dyn
Numerical simulation of the coalescence-induced polymeric droplet jumping on superhydrophobic surfaces
本文通过三维直接数值模拟研究超疏水表面上粘弹性液滴合并诱导跳跃，揭示弹性与剪切变稀改变速度标度并促进液滴在更高Ohnesorge数下跳离表面。
2022-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Asymptotic formulae for flow in superhydrophobic channels with longitudinal ridges and protruding menisci
本文提出了一个新的分析公式，在一个或两个壁图案与纵向阵列的脊和任意突出的波纹通道中的流动。从匹配的渐近展开导出，它们扩展了Crowdy（J. Fluid Mech.，vol.791，2016，R7），因此对突出到液体中或突出到液体外没有限制。的滑移长度公式进行比较，对完整的数值解，尽管在其推导过程中的小脊周期的假设，被发现有一个非常大的范围内的有效性;相对误差是小的，即使是足够大的突出的波纹退化的流动和接触对面的墙壁。
2018-01-29 physics.flu-dyn
Effective longitudinal slip over grooves encapsulated by a nearly inviscid lubricant
Imperial College London（帝国理工学院）；Technion—Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究了被近无黏润滑剂包裹的矩形沟槽表面在外部剪切流下的有效滑移行为，揭示了润滑剂流动在该极限下的主导作用。
2026-01-28 physics.flu-dyn
Mobility tensor of a sphere moving on a super-hydrophobic wall: application to particle separation
本文讨论了流体动力学行为的一个球体接近一个微图案化的超疏水表面描述的交替无滑移和完美的滑移条纹。在物理上，完美滑移条纹模拟了平行凹槽，其中在流体和固体壁之间形成大的气垫，从而引起气液界面处的滑移。利用边界元法（BEM）在处理混合无滑移/完全滑移边界条件时的潜力，系统地计算了不同颗粒与壁面相对位置和不同颗粒半径时的迁移率张量。粒子流体力学的特点是由一个非平凡的流动性领域，提出了一个独特的近壁的行为，壁图案直接影响粒子的运动。在远场，壁图案的效果可以通过具有适当定义的表观滑移的均匀壁的有效描述来准确地表示。球体在外力作用下的运动轨迹也作了较详细的描述。当力的横向分量的频率与由壁图案施加的特征交叉频率相匹配时，发现共振制度。研究发现，在共振条件下，粒子发生平均横向漂移。由于共振条件取决于颗粒半径，因此该效应原则上可用于构思基于超疏水表面的颗粒分选装置。
2017-03-30 physics.flu-dyn
Slip length estimation for flow over lubricant-impregnated surface
针对润滑剂浸渍表面与超疏水表面的减阻及各向异性导流需求，采用特征函数展开法推导肋状纹理滑移长度解析预测公式，精度更高且适用范围更广，可提供差异化设计指导。
2025-11-18 physics.flu-dyn
Wall-bounded flow over a realistically rough superhydrophobic surface
直接数值模拟（DNS）进行了两个有壁的流动配置：层流库埃特流在$Re=740$和湍流通道流在$Re_τ=180$，其中$τ$是在壁的剪切应力。顶壁是光滑的，底壁是由三维表面轮廓测量生成的真实粗糙的超疏水表面（SHS）。空气-水界面，这是假设是平坦的，使用体积的流体（VOF）的方法进行了模拟。研究了层流Couette流动与不同的界面高度$h$，以了解滑移和减阻（$DR$）的效果。在垂直于壁的方向上，表面粗糙度的存在被感觉到高达通道高度的$40\%$。在三个不同的区域观察到$DR$对$h$的非线性依赖性。DNS结果用于获得作为$h$的函数的气体分数$ϕ_g$的非线性曲线拟合，其中$ϕ_g$确定暴露于流的滑移面积的量。幂律线性回归拟合用于获得作为$ϕ_g$的函数的$b_{eff}$。对于湍流槽道流，流场的统计数据进行比较，以了解粗糙度和$h$的影响。两个界面高度，$h=h_{rms}$和$h=h_{max}$模拟研究其对流动的行为，其中$h_{rms}$和$h_{max}$分别是均方根和最大峰值的粗糙度高度的影响。结果表明，在空腔中存在的被困空气显着改变近壁流动物理。完全润湿粗糙度增加湍流强度的峰值，而界面的存在抑制它们。总的来说，界面和微凸体之间存在竞争效应，界面抑制湍流，而微凸体增强湍流。
2019-07-01 physics.flu-dyn
Criterion for sliding / rolling characterization during droplet motion over superhydrophobic surfaces
超疏水表面是近年来研究的热点，其原因之一是超疏水表面的自清洁特性，即液滴在其表面上自由滚动的能力，但现有文献大多是关于液滴在超疏水表面上的静态润湿行为的研究，对液滴在超疏水表面上运动的物理机制也没有进行详尽的理论研究为了分析液滴在超疏水表面上的滑动/滚动特性，提出了一个无量纲数来表征液滴在超疏水表面上的滑动和滚动，这个数被称为“滑移雷诺数”.对不同表面和液滴特性的液滴运动进行了模拟，得到了一个与滑动/滚动行为相对应的唯一数值，并用文献中的实验对该数值的适用性进行了检验。
2015-11-27 physics.flu-dyn
A single parameter can predict surfactant impairment of superhydrophobic drag reduction
最近的实验和计算研究表明，痕量的表面活性剂，在实践中不可避免的，可以严重损害减阻的超疏水表面（SHS），诱导Marangoni应力在空气-液体界面。然而，预测模型的现实SHS的几何形状还不存在，这限制了理解和减轻这些不利的表面活性剂的影响。为了解决这个问题，我们推导出一个模型的层流，三维流SHS光栅的几何形状和可溶性表面活性剂的属性，其中包括10个无量纲组的函数。我们建立了光栅长度$g$是关键的几何参数，并预测实际和表面无滑移之间的比率随着$g^2$而增加。我们的模型的指导下，我们进行协同数值模拟和微流控实验，发现与理论的良好协议，因为我们改变表面活性剂类型和SHS的几何形状。我们的模型还能够估计，基于速度测量，在微流体系统中固有存在的表面活性剂的先验未知属性。对于SHS，我们表明，表面活性剂的影响可以预测由一个单一的参数，代表光栅长度和界面长度尺度之间的比率超过流动动员的空气-水界面。该移动长度对表面活性剂化学比其浓度更敏感，使得即使痕量水平的污染物如果具有高度表面活性，也可能显著增加阻力。这些发现推进了对现实界面流动的基本理解，并提供了最大限度地减少超疏水阻力的实用策略。
2023-02-14 physics.flu-dyn
Uncertainty Quantification of Drag Reduction over Superhydrophobic Surfaces by Unified Parameterizing Structure Spacing
本文统一参数化柱型超疏水表面的流向与展向间距，结合DNS、LHS与PCE代理模型开展减阻不确定性量化和敏感性分析，为构型优化提供预测与设计指导。
2025-09-01 physics.flu-dyn
Slip of submerged two-dimensional liquid-infused surfaces in the presence of surfactants
采用数值模拟的方法，研究了表面活性剂引起的Marangoni应力对含横向沟槽的液体注入表面（LIS）有效滑移长度的影响。假设表面活性剂可溶于剪切表面的外部液体中，并且可以吸附到界面上。使用两种不同的吸附模型：一个经典的Frumkin模型和一个更先进的模型，更好地描述了表面张力的减少，为微小的浓度。模拟结果表明，LIS可能面临更严重的影响，表面活性剂比以前研究的超疏水表面。通过建立有效滑移长度的解析模型，可以预测滑移长度显著减小的临界表面活性剂浓度。如果适当调整，该分析模型在统一的框架上描述了LIS的两种吸附模型。我们还提前了解时，表面活性剂平流引起高度歪斜的界面浓度-所谓的部分停滞帽制度。为了更好地近似，该状态只能在低于由Marangoni数和表面活性剂强度给出的特定表面活性剂浓度下存在。
2022-10-01 physics.flu-dyn
An active particle in a complex fluid
在这项工作中，我们研究了非牛顿流体中具有预定表面速度的活性颗粒。我们采用功的互等定理，以获得一个活跃的球形粒子的速度与任意轴对称的滑移速度，否则静态的二阶流体。然后，我们确定一个diffusiophoretic Janus粒子的运动是如何影响复杂的流体流变学，即粘弹性和剪切变稀粘度，相比牛顿流体，假设一个固定的滑动速度。我们发现，Janus粒子可能会更快或更慢的粘弹性流体，但总是在剪切稀化流体相比，牛顿流体更慢。
2017-05-19 physics.flu-dyn
Simulations of slip flow on nanobubble-laden surfaces
在微结构疏水性表面上，几何图案可能导致超疏水状态的出现，其中表面的气泡可能对沿着此类表面的流体流动产生强烈影响。特别地，它们可以强烈地影响在表面处检测到的滑动。我们提出了两相格子玻尔兹曼模拟的结构表面上的流动与附着的气泡和演示如何检测到的滑移取决于图案的几何形状，体压，或剪切速率。由于一个大的滑动导致减少摩擦，我们的研究结果允许协助优化微通道流量大的吞吐量。
2010-05-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enhanced slip properties of lubricant-infused grooves
我们确定的润滑剂注入单向表面的液体流动的增强滑动性能。这种情况反映了许多实际设置，包括液体流过填充有气体的超疏水性凹槽，或者流过注入有另一种不混溶的较小或相等粘度的液体的凹槽，即润滑剂和液体粘度的比率$μ\leq 1$。为了最大化滑移，我们考虑与流动对齐的深沟。（归一化的纹理周期$L$）的有效滑移长度，$b_{\mathrm{eff}}$，被发现作为一个扩展到一阶的突出角$θ$约一个解决方案的平坦的液体润滑剂界面。我们的研究结果表明，$b_{\mathrm{eff}}$与润滑剂的面积分数，$ϕ$，并与$μ$强烈下降显着增加。相比之下，仅观察到$θ$对$b_{\mathrm{eff}}$的影响很小。相对于平坦的液体-润滑剂界面的情况，凸形弯月面略微增强，而凹形弯月面略微减小$b_{\mathrm{eff}}$。当$μ= 0$时，发现$θ$的最大校正，其随$μ$降低，并在$μ= 1$时消失。最后，我们表明，注入润滑剂的小$θ$表面可以模拟为平面与图案的局部滑移边界条件，和（缩放与$L$）的局部滑移长度在液体润滑剂界面是一个通用的功能$ϕ$和$μ$。
2018-08-17 physics.flu-dyn
Influence of the enclosed fluid on the flow over a microstructured surface in the Cassie state
本文导出了周期矩形槽表面上剪切流的流场和有效滑移长度的解析表达式。主流体处于Cassie状态，其中凹槽填充有第二不混溶流体。两种流体的耦合反映在沿流体-流体界面的局部变化的滑移分布中，其模拟了二次流体对外部流动的影响。所获得的封闭形式的解析表达式的流场和有效滑移长度的主要流体明确包含的两种流体的粘度的影响，以及局部滑移的大小，这是一个函数的表面几何形状。它们与全几何的数值计算结果吻合得很好。分析表达式允许调查的粘性应力的影响内的二次流体的任意几何形状的矩形槽。对于经典的超疏水表面，有效滑移长度的偏差相比，无粘气体流的情况下指出。另一个重要的发现，相对于一个精确的模型的流动的微结构表面是，局部滑移长度的凹槽表面是各向异性的。
2013-11-27 physics.flu-dyn
Laminar boundary layers over small-scale textured surfaces
University of Greenwich（格林威治大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出了一种模型，用于研究小尺度纹理表面的层流边界层，通过滑移长度修改流动，并展示了该方法在不同表面配置中的应用及稳定性分析。
2026-02-26 physics.flu-dyn
Pitcher Plant Inspired Biomimetic Liquid Infused Slippery Surface Using Taro Leaf
生物启发的抗湿表面，如荷叶或猪笼草，已经导致了用于各种科学应用的稳定的液体注入的光滑表面的发展。本工作展示了使用仿生超疏水表面（灵感来自芋头叶）制造稳定的气液膜。采用两步软模技术在聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制备芋叶复制品，复制表面的微结构用于保留硅油层，以形成稳定的光滑表面。所制造的表面表现出2°的低接触角滞后（CAH）和1.1°的滑动角（SA），这进一步证实了表面的超滑性质。此外，它还显示出优异的自修复能力、热稳定性和油涂层对高剪切速率、高冲击液滴等的长期耐久性。因此，我们设想，本发明的光滑表面的制造方法是简单且经济的，并且因此可用于各种应用，例如水减阻、自清洁、防雾、防污等。
2018-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Drop impact experiments of non-Newtonian liquids on micro-structured surfaces
牛顿液体在亲水和疏水表面上的铺展动力学已经被广泛研究，并且在过去的几年中，其行为已经被广泛探索。然而，非牛顿液体的跌落冲击仍需进一步研究。Luu和Forterre（J. Fluid Mech.，632，2009）成功地发现了亲水表面上屈服应力流体的标度律。当在超疏水表面上进行撞击时，他们还发现了有趣但无法解释的机制。在这项工作中，我们进行了两种类型的非牛顿液体的微图案化的表面上的跌落冲击实验：一个显示剪切增稠行为，另一个显示剪切变稀。我们的研究结果表明，一个典型的剪切增稠液体玉米淀粉-至少是一个相对较低的浓度为30\%w/w-根据牛顿液体的标度律扩展，而粘弹性液体卡波普表现为Luu和Forterre预测的亲水表面上的影响，但表现出不同的标度律时，他们的超疏水表面的影响。
2017-06-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of Navier Slip on Film Condensation Heat Transfer over Upward Facing Horizontal Flat Surfaces with Free Edges
在微通道和工程超疏水表面的相变传热中产生的冷凝液的传输现象需要考虑滑移效应。本文研究了存在壁面滑移效应时，有限尺寸的平板和圆盘上的层流膜状凝结。通过考虑Navier滑移模型和扩展经典的Nusselt分析，在二维和轴对称坐标系中的液膜的质量，动量和能量求解膜厚度和无量纲形式的传热率。数值解产生的冷凝膜的轮廓和努塞尔数的不同值的滑移系数的局部结构。结果表明，随着滑移系数的增大，水平表面上的凝结液膜变薄，总传热量增大。特别是，回归分析的结果表明幂律依赖的努塞尔数的无量纲滑移系数的指数接近0.5。相变传热的显着增强遵循从修改的局部速度分布内的冷凝液膜，特别是在导致的额外的动量增益附近的壁面由于增加滑移效应。
2021-03-20 physics.app-ph physics.flu-dyn
On the Enhancement of Heat Transfer and Reduction of Entropy Generation by Asymmetric Slip in Pressure-Driven Non-Newtonian Microflows
本文研究了幂律流体在压力驱动下微通道流动的流体力学、传热和熵产。具体来说，我们解决的效果不对称的滑移边界条件在通道壁。恒定的，均匀的，但不相等的热通量施加在这个热发展流的壁。非对称滑移对速度分布、壁面剪应力、温度分布、Bejan数分布、平均熵产和Nusselt数的影响通过精确解析表达式的数值计算得到。具体地，由于不对称滑移，流体动量通量和热能通量沿着具有较大滑移的壁增强，这又将速度最大值的位置移动到更靠近所述壁的偏离中心的位置。不对称滑移也示出重新分配的峰和高原的Bejan数分布在整个微通道，示出了急剧的过渡之间的熵产生由于热传递和由于流体流动在偏离中心线的位置。在非对称滑移的存在下，施加的热通量的差异导致完全不同的Bejan数分布，这取决于哪个壁更热，以及流体是剪切变稀还是剪切变稠。总的来说，滑示出，以促进在速度场和温度场的均匀性，从而减少在这个流的不可逆性。
2018-12-17 physics.flu-dyn
The influence of incompressible surfactant on drag in flow along an array of gas-filled grooves
本研究通过模型和微扰分析发现，不可压缩表面活性剂可使超疏水凹槽表面滑移长度为负或显著减小，表明其可能损害而非促进减阻，对超疏水表面设计有重要启示。
2023-03-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Longitudinal and transversal flow over a cavity containing a second immiscible fluid
本文导出了含第二不互溶流体的矩形空腔剪切流场的解析解。虽然单相流体在空腔上的流动是流体动力学中研究的标准情况，但是在填充有第二不混溶流体的空腔上的流动很少受到关注。空腔内的流场被认为是定义一个边界条件的外流，它采取的形式与局部变化的滑移长度的Navier滑移条件。滑移长度函数是由盖驱动空腔流的相关问题确定的。基于Stokes方程和复分析，可以导出横向和纵向情况下空腔上方流场的封闭解析表达式。结果是一个相对简单的函数，它显示了流场对空腔几何形状和填充空腔的介质的依赖性。解析计算的流场与数值解纳维-斯托克斯方程的结果吻合得很好。在这篇文章中提出的研究是相当实际的相关性，例如超疏水表面上的流动。
2012-06-26 physics.flu-dyn
Traces of surfactants can severely limit the drag reduction of superhydrophobic surfaces
超疏水表面（SHS）有可能实现大的内部和外部流动应用的阻力减少。然而，实验结果不一致，许多研究报告显示性能显着降低。最近，有人提出，表面活性剂，无处不在的流动应用，可能是负责，通过创建不利的马兰戈尼应力。然而，检验这一假设是具有挑战性的。用纯净水进行的仔细实验显示出大的界面应力，并且矛盾的是，添加表面活性剂几乎没有产生可测量的阻力增加。这表明，其他物理过程，如热Marangoni应力或界面偏转，可以解释较低的性能。为了检验表面活性剂的假设，我们进行了第一次数值模拟的流动在SHS包括表面活性剂的动力学。这些模拟结果表明，表面活性剂引起的应力是显着的，在极低的浓度，可能会产生一个无滑动的边界条件的空气-水界面（“腹板”）的表面活性剂量低于典型的环境值。这些应力随着腹板驻点之间的流向距离的增加而减小。我们进行微通道实验与热控制SHS组成的流向平行光栅，这证实了这一数值预测。我们介绍了一种新的，非稳态测试表面活性剂的影响。当我们在加载阶段之后快速移除驱动压力时，在腹侧处产生回流，这只能通过在加载阶段中形成的表面活性剂梯度来解释。这表明了表面活性剂在减阻恶化中的重要性，从而表明了在SHS模型中包括表面活性剂应力的重要性。我们的时间依赖性方案可以评估表面活性剂在SHS测试中的影响，并指导未来的缓解设计。
2017-02-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Resolving turbulence and drag over textured surfaces using texture-less simulations: the case of slip/no-slip textures
本研究通过无纹理模拟中的强迫项，揭示了滑移/无滑移纹理通过非线性相互作用改变背景湍流并增加阻力，无需解析纹理即可预测流动变化。
2024-09-03 physics.flu-dyn
Interface-resolved simulations of particle suspensions in Newtonian, shear thinning and shear thickening carrier fluids
我们提出了一个数值研究的非胶体球形和刚性颗粒悬浮在牛顿，剪切变稀和剪切增稠流体采用浸没边界方法。我们考虑了一个线性库埃特配置，以探索广泛的固体体积分数（$0.1\le Φ\le 0.4$）和颗粒雷诺数（$0.1\le Re_p \le 10$）。我们报告的固体和流体相的速度和固体体积分数的分布，并表明，接近边界的惯性效应导致在固体和流体相之间的显着的滑移速度。局部固体体积分数曲线表明靠近壁的颗粒分层，其随着标称$Φ$而增加。这一特征与限制效应有关。我们计算了局部应变率的概率密度函数，并将其平均值与\cite{Chateau08}的均匀化理论估计的值进行了比较，表明在斯托克斯制度下的合理协议。局部应变率的平均值和标准差主要随固相体积分数的增加而增加，其次随$Re_p$的增加而增加。宽频谱的局部剪切速率及其对$Φ$和$Re_p$的依赖性点的局部剪切速率的平均值在估计这些非胶体复合物悬浮液的流变学的不足之处。最后，我们表明，在惯性的存在下，这些非胶体悬浮液的有效粘度偏离斯托克斯悬浮液。我们讨论了惯性如何影响的微观结构，并提供了一个缩放参数给封闭的牛顿和幂律悬浮液的悬浮剪切应力。应力闭合对于中等颗粒雷诺数$ O(Re_p)\sim 10$是有效的。
2017-11-11 physics.flu-dyn
Physics of Rheologically-Enhanced Propulsion: Different Strokes in Generalized Stokes
剪切稀化是许多生物流体（例如粘液）的重要流变性质，由此流体的表观粘度随着剪切而降低。某些微观游泳者已经被证明可以通过剪切稀化流体更快地前进，但是这种行为对所有微观游泳者都是通用的吗？剪切稀化流变学通过什么物理机制影响游泳者的推进力？我们研究游泳运动员采用规定的中风运动学在二维，惯性Carreau流体：剪切稀化“广义斯托克斯”流。游泳者建模，使用的方法femlets，由一组沉浸，正规化的力量。控制流体动力学的方程，然后在贴体网格上离散，并用有限元法求解。我们分析了三种不同类型的微型游泳者的运动：（1）概念游泳者，包括采用一维和二维中风的滑动球体，（2）滑速包络模型的纤毛虫通常被称为“蠕动”和（3）单鞭毛推进器，如精子。我们发现，形态相同的游泳运动员与不同的中风可能会游得更快或更慢的剪切稀流体比牛顿流体。我们解释这种运动学的敏感性，通过考虑周围的推进和有效载荷元素的游泳者的流体的粘度的差异，并使用这种见解，建议两个相互滑动的球体游泳者违反珀塞尔的扇贝定理在剪切稀化流体。我们还表明，剪切稀化流变学所产生的流量衰减率增加与滑动速度蠕动的游泳速度的减少。对于像精子一样的游泳者来说，沿着鞭毛由厚到薄的流体梯度改变了它施加在流体上的力，使轨迹变平，并增加了瞬时游泳速度。
2013-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics of bubble migration in a square channel flow of a viscoelastic fluid
通过界面解析模拟研究压力驱动粘弹性流体方通道流中气泡迁移，发现剪切变稀改变迁移方向，弹性与惯性引发路径不稳定性，且气泡向壁面迁移引发的二次流速度比固体颗粒高约一个数量级。
2024-02-21 physics.flu-dyn
Non-Newtonian effects on the slip and mobility of a self-propelling active particle
Janus粒子通过沿其活性表面产生浓度梯度来推进自身。这在表面附近引起流动，称为扩散渗透滑移，其即使在没有外部施加的浓度梯度的情况下也会推动颗粒。在这项工作中，我们研究的粘弹性和剪切变稀（描述的二阶流体和Carreau模型，分别）上的扩散渗透滑动的活性表面上的影响。利用匹配的渐近展开，我们提供了一个解析表达式的修改引起的非牛顿行为的滑移。结果表明，由聚合物弹性引起的滑移速度的修正与浓度场的二阶切向导数成正比。利用互等定理，我们估计这种修改的Janus球的流动性的影响。目前的研究也有直接影响的理解复杂的流体在扩散渗透泵的运输。
2020-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Combined effect of Fluid Rheology and Surface Modification on Eletrokinetic Energy Generation through Finite Length Microchannel
电动能量转换为片上应用提供了能量收集和存储的方案。然而，动电能转换的主要缺点是其转换效率低。研究人员正在寻找提高这种效率的方法。基于同样的动机，我们研究了通过施加表面改性和采用非牛顿流体在恒定的两端压差下流过微通道来产生流动电位。剪切稠化液体倾向于减少电动效应，而剪切稀化液体则有利于电动效应。此外，具有超疏水表面提高了所产生的流动电位的大小。我们研究了流体流变学和表面改性对动电能产生的综合影响。作为我们联合研究的结果，我们已经了解了关于在疏水微通道中使用非牛顿流体的有趣见解。对于幂律指数低于0.7的流体，疏水表面不会提高效率。本研究的结果可用于选择流体-基质组合，以优化电动发电效率。
2022-08-31 physics.flu-dyn
Steady Motions of Single Spherical Microswimmers in Non-Newtonian Fluids
本研究发现牵引驱动型球形微游动器在非牛顿流体中的游速变化趋势与滑移驱动型相反，并证明Purcell扇贝定理在此条件下不成立，为新型微游动器设计提供了可能。
2024-10-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spreading and rupture dynamics of soluble surfactant-laden thin film flow down a slippery incline in presence of external shear
SRM Institute of Science and Technology（SRM科学与技术研究所）；National Taiwan Ocean University（台湾海洋大学）
研究含可溶性表面活性剂薄膜在光滑斜坡流动时的扩展与破裂动力学，用润滑近似法推导方程，考虑吸附动力学速率的快速和慢速情况，分析外部剪切力等因素对薄膜厚度及破裂的影响，揭示相关作用机制及滑移参数的双重效应。
2026-08-24 physics.flu-dyn
The smooth-wall-like behaviour of turbulence over drag-altering surfaces: a unifying virtual-origin framework
我们进行直接模拟的湍流通道施加不同的虚拟原点的所有三个速度使用罗宾，滑动样边界条件，以研究位移的影响，由不同的流动组件，常见的机制小纹理表面的起源。我们还探讨了这种影响使用反对党控制。对于肋，Luchini等人（1991）提出，它们的影响可以简化为流向和展向速度原点之间的偏移，后者是湍流感知的原点。后来的结果表明，超疏水表面的表观壁法向速度的起源也可能发挥作用。我们的研究结果支持，相关的参数是由平均流和湍流感知的起源之间的偏移。前者取决于流向滑移长度，而后者则取决于壁面法向滑移长度和展向滑移长度。流向速度波动上的滑移，反过来，至少在减阻状态下，对湍流的虚拟原点的影响可以忽略不计。这表明，由准流向涡感知的原点，在表面诱导横向速度，是确定湍流的虚拟原点的关键，而由近壁条纹感知的原点，与流向速度波动相关，起着次要的作用。在这个框架内，湍流量的变化，通常在流动控制文献中报道的是，只有一个结果的选择的起源和缺席时，参考的起源经历的湍流。除了这种转变的起源，我们表明，湍流仍然基本上是光滑的壁状，一个简单的表达式可以预测湍流的虚拟起源。通过将虚拟原点引入到光滑壁涡粘性框架中，可以先验地再现对阻力的影响。
2020-11-02 physics.flu-dyn
Shear-induced droplet mobility within porous surfaces
剪切流下的液滴流动性在广泛的工程应用中是重要的，例如，集雾和自清洁表面。对于实现超疏水性的结构化表面，粘附在微尺度表面特征内的污渍的去除强烈地决定了功能性能和耐久性。在这项研究中，我们数值研究的剪切诱导流动性的液滴被困在多孔表面。通过覆盖广泛的流动条件和多孔几何形状的模拟，确定了三种液滴移动模式，即，粘滑、交叉和重击模式。为了定量描述液滴动力学，我们提出了一个考虑驱动力和毛细管阻力的液滴尺度毛细管数。通过与模拟结果的比较，所提出的无量纲数与剩余体积呈现出很强的相关性。本研究揭示的主要机理为进一步研究提高表面清洁和优化防污表面设计提供了基础。
2022-04-29 physics.flu-dyn
Energy conversion by surface-tension driven charge separation
在这项工作中，剪切诱导的电动流动电位存在于自由表面电解液流进行表面张力的梯度进行评估。首先，对于具有完全可分辨双电层（EDL）的Couette流，分析了单位表面应力下的流动势与德拜参数和表面势的关系。通过对比的Smoluchowski限制在压力驱动的通道流，剪切诱导的流动电位消失的德拜参数（无限薄的EDL），除非自由表面包含（诱导）表面电荷或在充电，固体壁的流动被允许滑动。其次，提出了表面张力诱导流动的技术实现，其中表面应力作用在微结构化超疏水壁的自由（滑动）表面上。相对于滑移参数和表面电荷的流动电位进行了分析。最后，假定表面张力随温度（热毛细作用）或表面活性剂浓度（去毛细作用）而变化。最大热效率的推导和比较卡诺效率。对于大的热Marangoni数，效率受到水溶剂的大热容的严重限制。相比之下，蒸馏毛细管流可以达到类似于压力驱动流的转换效率。
2016-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unsteady laminar pipe flow of a Carbopol gel. Part I: experiment
本文对屈服应力剪切变稀流体（Carbopol- 980）的低雷诺数非定常管流进行了实验研究。对存在和不存在壁面滑移的流变流动中的固-流转变的研究揭示了不可逆变形状态与壁面滑移现象之间的耦合。特别地，壁滑移的存在几乎抑制了与流变滞后相关的变形功率赤字随材料受力速率的缩放。不可逆的固-流转变和壁面滑移行为出现在相同的施加应力范围内，因此，这两种现象似乎是相互耦合的。在增加/减少阶梯压力斜坡过程中进行的流场的原位测量揭示了三种不同的流态：固体（塞状），固体-流体和流体。与压力斜坡的增加/减少分支期间观察到的滞后相关的变形功率赤字揭示了对不稳定流驱动速率的依赖性，该速率与存在滑移的流变学测量期间观察到的速率一致。滑移速度对壁面剪应力的依赖性揭示了仅在流体流动状态内的Navier型滑移行为，这表明壁面滑移现象直接耦合到固-流转变。滑移速度与壁面速度梯度的普遍标度被发现和滑移长度是独立的特征时间强迫t0。论文最后讨论了主要发现及其对我们目前对Carbopol凝胶屈服和滑动行为的理解可能产生的影响。提出了几个步骤值得追求未来的实验/理论研究。
2013-01-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamic rheology of a supercooled polymer melt in non-uniform oscillating flows in rapidly oscillating plates
采用分子动力学和计算流体动力学的混合模拟方法，研究了快速振动板之间由十个珠粒组成的短链聚合物熔体在不同振动频率下的动态流变学。在快速振荡板中，由于流体的惯性，在板上产生不均匀的边界层流动，并且熔体的局部流变特性根据局部流场而在空间上变化。远离板，局部应变随着振荡频率的增加而减小，使得动态流变学在低振荡频率而不是高振荡频率下偏离线性模量。相反，在板附近，局部应变率随着振荡频率的增加而增加，从而在高振荡频率下增强剪切稀化。在板附近，动态粘度主要是独立的振荡频率，剪切稀化行为变得类似于在稳定的剪切流中观察到的。通过频谱分析和Lissajous-Bowditch曲线对非线性流变特性进行了研究。研究发现，由于振动板上的非滑移边界，高次谐波相对于线性谐波的分数幅值在边界层内被抑制。我们还发现，熔体在不同位置之间表现出循环间剪切变稀，但在板块附近的固定位置表现出循环内剪切变稠。
2011-08-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
