Surfactant-laden breaking wave: regular and spilling regimes
University of Illinois, Urbana Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);CNRS(法国国家科学研究中心);Hongik University(弘益大学);University of Cambridge(剑桥大学)
本文研究了不可溶表面活性剂对破碎波时空演变的影响,重点分析了规则和溢流模式。通过采用界面追踪/水平集方法进行三维直接数值模拟,发现表面活性剂梯度通过马兰戈尼应力显著改变了波的动力学。规则破碎体在存在表面活性剂时仅有轻微变化,而增加表面活性剂诱导的马兰戈尼应力会导致溢流破碎体的波峰演变、涡旋生成甚至向 plunge-like 行为转变。
2026-05-21 physics.flu-dyn
Simulation of high-speed impact of surfactant-laden drops
本研究基于OpenFOAM的InterFoam求解器,耦合流体体积法与水平集法开发新模型,模拟含表面活性剂液滴高速撞击固体表面的铺展行为,揭示表面活性剂积聚及Marangoni力对铺展的影响机制,拓展了相关界面流动的计算流体动力学建模能力。
2024-03-13 physics.flu-dyn
A conservation-consistent boundary condition for nonlinear models of soluble-surfactant-laden falling films
Centre for Applied Sciences (CAS), International Institute of Information Technology(国际信息技术学院应用科学中心);Universite Claude Bernard Lyon 1, LMFA, UMR5509, CNRS, Ecole Centrale de Lyon, INSA Lyon(里昂第一大学,LMFA,UMR5509,CNRS,里昂中央理工学院,里昂国立应用科学学院);Department of Mathematics, Vivekananda Mahavidyalaya(维韦卡南达学院数学系)
本文提出了一种非线性可溶表面活性剂流体下落膜模型的守恒一致边界条件,确保总表面活性剂质量的精确守恒。该方法解决了广泛使用的简化模型中存在的一致性问题,从而在非线性演化过程中避免了质量逐渐流失的现象。
2026-05-19 math.AP physics.flu-dyn
Molecular dynamics simulation of the coalescence of surfactant-laden droplets
本研究采用统计缔合流体理论粗粒化模型,探究不同类型及浓度表面活性剂对水滴聚结的影响,揭示了表面活性剂输运机制、聚结动力学阶段及浓度效应,为相关聚结机制研究提供新见解。
2023-11-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coalescence of surfactant-laden droplets
本研究通过分子动力学模拟揭示含表面活性剂液滴聚并中表面活性剂的质量输运机制,发现桥接生长动力学的关键差异,对相关技术至关重要。
2023-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Migration of a surfactant-laden droplet in non-isothermal Poiseuille flow
本文用解析法和数值方法研究了背景非等温Poillille流存在时含表面杂质的粘性液滴的运动。具体而言,界面Marangoni应力的影响,由于表面活性剂和温度的不均匀分布在液滴界面上的速度和方向的运动的液滴沿中心线的施加Poilluille流的存在下,线性变化的温度场进行了研究。在不存在热对流、流体惯性和形状变形的情况下,本体不溶性表面活性剂的界面输送由表面Peclet数决定,表面Peclet数代表表面活性剂的平流输送相对于扩散输送的相对强度。我们得到的解析解的表面Peclet数的小和大的值。对任意表面Peclet数的情况,得到了数值解,并与解析解进行了比较.取决于温度梯度的方向相对于所施加的Poilluille流,表面诱导的Marangoni应力影响的液滴速度不同。当所施加的温度在所施加的Poillille流的方向上增加时,与无表面活性剂的液滴相比,表面活性剂延缓液滴运动。然而,当所施加的温度在所施加的Poilluille流的方向上降低时,表面活性剂的存在可能会增加或减少液滴速度的大小,这取决于相关的管理参数。此外,对于特定的值的管理参数,我们观察到的液滴运动方向的变化,由于表面活性剂的存在下,这可能会产生显着的后果,在液滴的微流体系统的设计。
2016-09-26 physics.flu-dyn
A Lagrangian Particle-Based Numerical Model for Surfactant-Laden Droplets at Macroscales
大气气溶胶可以由无机和有机物质组成,包括浓度很高的表面活性剂。重要的是,后者可以降低液体-蒸汽表面处的表面张力,由于其两亲性结构,它们优先吸附在液体-蒸汽表面处。因此,诸如液滴聚结、降水发展和最终云的寿命等过程可能取决于气溶胶中表面活性剂的存在。在这里,我们提出了一个云滴形成的数值模型,这是基于拉格朗日粒子为基础的微物理方案超级液滴方法,并考虑到在液滴中的表面活性剂的存在。我们的研究结果表明,表面活性剂促进云的形成,通过增加激活液滴的数量和大小,集中在云的底部,而最大的液滴集中在云的顶部。这表明液滴的循环涉及从云的底部到顶部的激活和生长过程。此外,我们的结论是独立的特定方法用于模拟欧拉变量的扩散,由于亚网格尺度湍流。我们预计,我们的研究结果将丰富我们对表面活性剂在大气气溶胶行为中的作用的理解,更重要的是,将为宏观尺度上表面活性剂系统的数值模拟的进一步发展铺平道路。
2022-09-22 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Impact of droplets onto surfactant-laden thin liquid films
本文通过三维直接数值模拟研究不溶性表面活性剂对液滴撞击薄液膜冠飞溅的影响,揭示Marangoni应力延迟端部夹断、促进韧带合并并刚化界面。
2023-03-08 physics.flu-dyn
Influence of interfacial slip on the suspension rheology of a dilute emulsion of surfactant-laden deformable drops in linear flows
本文研究了界面滑移对线性流场中液滴稀悬浮液的变形和乳状液流变性的影响。液滴充满了表面活性剂,这些表面活性剂是本体不溶性的,并且仅沿着界面传输。采用渐近方法进行本分析,以解决由于变形的液滴的非线性。分析是在两种不同的限制情况下进行的,即:表面扩散为主的表面活性剂运输和表面对流为主的表面活性剂运输。对于任何一种极限情况下,我们看两个常见的散装流-单轴拉伸和简单剪切流的液滴动力学。在任何一个阶段的流体惯性可以忽略不计的假设下,它表明,在液滴界面处的滑移显着影响的表面张力引起的Marangoni应力,因此液滴变形和乳液流变学。界面滑移的存在不仅使液滴变形减小,而且使乳液的有效粘度降低。液滴变形和有效粘度的下降被认为是更严重的限制情况下,表面对流为主的表面活性剂运输。对于施加简单剪切流的情况,由于液滴变形产生的法向应力差也由于界面滑移的存在而受到影响。
2018-01-17 physics.flu-dyn
Surfactant-laden liquid thread breakup driven by thermal fluctuations
本研究采用多体耗散粒子动力学模拟,揭示了热涨落驱动的含表面活性剂液丝断裂中表面活性剂浓度对波长、断裂时间及液滴尺寸的影响,并阐明了从惯性区到热涨落区的状态转变机制。
2024-03-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rupture of a surfactant-laden draining thin film
本研究探讨了重力排液对含表面活性剂薄膜稳定性的影响,通过线性稳定性分析和非线性模拟,发现排液引起的表面活性剂扰动增强使流动薄膜比静止薄膜更稳定,中等活性与显著排液可显著延长破裂时间。
2024-01-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Sedimentation of a surfactant-laden drop under the influence of an electric field
本文从理论上研究了在电场作用下,含表面杂质的可变形粘性液滴的沉降问题。表面活性剂的对流与电流体动力学流动和沉降的组合效应一起导致局部变化的表面张力,其随后通过Marangoni、Maxwell和流体动力学应力的相互作用改变液滴动力学。在小毛细管数和小电雷诺数的假设下,采用正则摄动法求解耦合的控制方程组。结果表明,当一个漏电介质液滴在另一个漏电介质液滴中沉降时,Marangoni应力会强烈地对抗电流体动力学运动,从而引起内部流型的相应变化。这种效应进一步导致液滴沉降速度的延迟,否则液滴沉降速度会由于电荷对流的影响而增加。对于高流动性表面活性剂(高Peclet数极限),液滴表面变得固定,电荷对流效应完全消除。对于非球形液滴形状,Marangoni应力的影响被流场上的“尖端拉伸”效应所克服。结果表明,随着表面张力对局部表面活性剂浓度的敏感性增加,液滴变形加剧。因此,对于扁圆型变形,升高的拖曳力导致速度进一步降低。由于类似的原因,扁长液滴比无表面粒子的情况经历更小的阻力并且沉降更快。此外,随着界面张力对表面活性剂浓度的敏感性增加,赤道附近的不对称变形得到抑制。
2018-01-19 physics.flu-dyn
Shear-driven dynamics of surfactant-laden droplets on rough substrates
University of Minnesota(明尼苏达大学)
通过润滑理论模型,研究不可溶表面活性剂液滴在粗糙基底上受外部流动驱动时的去钉扎行为,发现马兰戈尼应力通过抵消压力驱动流提高临界去钉扎压力梯度。
2026-06-03 physics.flu-dyn
Thermocapillary effect on the cross-stream migration of a surfactant-laden droplet in Poiseuille flow
本文分析了在不溶表面活性剂和沿流动方向线性变化的温度场的共同影响下,粘性液滴在无界Poiffille流中的运动。在忽略流体惯性、热对流和形状变形的情况下,通过渐近分析得到了无外力作用下的液滴速度。目前的研究集中在两个限制情况下的表面活性剂传输:(i)小的表面Peclet数,和(ii)高的表面Peclet数。热毛细作用引起的Marangoni应力,其强度相对于粘性应力的热Marangoni数表示,有很大的影响表面活性剂在液滴表面上的分布。温度场不仅影响液滴的轴向速度,而且对液滴的横流速度也有显著影响,尽管温度梯度与Poiffille流动方向一致。当所施加的温度在Poiffille流动的方向上增加时,液滴朝向流动中心线迁移。轴向和横流速度分量的大小随热Marangoni数的增加而增加。然而,当所施加的温度在Poiffille流的方向上降低时,轴向和横向流速度分量的大小都可以随着热Marangoni数而增加或减少。最有趣的是,液滴要么朝着流动中心线或远离it.Present研究表明,超过该液滴远离流动中心线的热Marangoni数的临界值,这是在形成鲜明对比的表面活性剂负载的液滴在等温流中的液滴总是朝着流动中心线的运动。
2017-01-11 physics.flu-dyn
Protein and ionic surfactants - promoters and inhibitors of contact line pinning
我们报告了一个新的影响表面活性剂钉扎液滴接触线,特别是溶菌酶促进,而月桂基硫酸盐抑制钉扎。我们解释的钉扎差异假设润湿的差异:蛋白质负载的下降润湿的“干净”的表面和表面活性剂负载的下降润湿的自动抛光表面。
2007-04-03 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Electro-osmosis at surfactant-laden liquid-gas interfaces: beyond standard models
电渗透(EO)是在微流体和纳流体系统中操纵液体的有力工具。虽然EO已在液-固界面进行了广泛的研究,但液-气界面的情况,例如在泡沫膜和气泡中发现的情况,仍有待探索。在这里,我们进行分子动力学(MD)模拟EO在膜的电解质水溶液覆盖的离子表面活性剂的流体层和包围的气体。根据实验步骤,我们从EO速度计算zeta电位,EO速度定义为液膜中部与周围气体之间的速度差。我们表明,zeta电位可以小于或大于现有的预测取决于表面活性剂的覆盖。我们解释了失败的表面活性剂和束缚离子作为刚体移动的事实,并不传输的电驱动力的液体局部的前面的描述。考虑到流动电流的相互作用,我们发展了一个扩展的模型,可以用来预测实验的表面活性剂负载的液-气界面的zeta电位。
2021-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of Marangoni stress on the bulk rheology of a dilute emulsion of surfactant-laden deformable droplets in linear flows
在本研究中,我们分析调查的变形和散装流变学的稀乳液的表面活性剂负载液滴悬浮在线性流。我们使用渐近方法来预测表面活性剂分布对单个液滴的变形以及稀乳液的有效剪切和拉伸粘度的影响。由于整体流动导致的表面活性剂的不均匀分布导致产生Marangoni应力,其影响悬浮液的变形以及整体流变学。目前的分析是做的限制情况下,表面活性剂的运输是由表面扩散相对于表面对流为主。作为一个例子,我们使用了两个常见的整体流动,即单轴拉伸流和简单剪切流。与可忽略的惯性力存在于任何一个阶段的假设,我们能够表明,在液滴表面上的表面活性剂浓度以及液滴相的粘度相对于悬浮液的比例具有显着的影响液滴变形以及体积流变学。可以看出,在液滴表面上的表面活性剂分布的不均匀性的增加导致在一个更高的液滴变形和一个更高的有效粘度的线性流动考虑。对于简单剪切流的情况下,表面活性剂的分布被认为是没有影响的倾斜角,然而,较高的粘度比预测液滴更对齐朝向流动的方向。
2017-06-07 physics.flu-dyn
Interfacial mechanisms for stability of surfactant-laden films
液体薄膜是日常生活的核心。它们普遍存在于现代技术(药品、涂料)、消费品(泡沫、乳液)中,也具有重要的生物功能(眼睛的泪膜、肺部的肺表面活性剂)。所有这些例子的共同特征是在空气-液体界面处存在表面活性分子。虽然它们只形成分子薄层,但这些表面活性剂在自由表面上产生复杂的表面应力,这对下面的薄液膜的动力学和稳定性具有重要影响。在这里,我们进行简单的减薄实验,探索的基本机制,使表面活性剂分子减缓重力驱动排水的底层膜。我们提出了一个简单的模型,适用于可溶性和不溶性表面活性剂系统。我们表明,表面活性剂与有限的表面流变性的影响,通过粘弹性界面应力的体积流量,而表面活性剂与无粘表面实现稳定,通过相对的表面张力引起的马兰戈尼流。
2016-08-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Surfactant-laden bubble bursting: dynamics of capillary waves and Worthington jet at large Bond number
该研究通过数值模拟探究大邦德数下含表面活性剂的气泡破裂过程,首次提出马兰戈尼应力转变导致毛细波减速的机制,揭示波速随表面活性剂参数变化的规律,补充了洁净界面相关研究之外的新认知。
2024-04-14 physics.flu-dyn
Coupled two-phase flow and surfactant/PFAS transport in porous media with angular pores: From pore-scale physics to Darcy-scale modeling
Stanford University(斯坦福大学);The University of Arizona(亚利桑那大学);Ocean University of China(中国海洋大学)
本文提出一种模型框架,将孔隙角性和界面张力-润湿性耦合纳入达西尺度的表面活性剂负载流体和传输模型,以更准确地模拟多孔介质中的两相流和传输过程。
2026-01-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Cross-stream migration of a surfactant-laden deformable droplet in a Poiseuille flow
本文研究了悬浮在不溶于水的表面活性剂存在下的无限泊里叶流中粘性变形液滴的运动。假设流体和热量的对流传输可以忽略不计,我们进行小变形扰动分析以获得液滴迁移速度。液滴动力学强烈依赖于沿液滴界面的表面活性剂的分布,这是由表面活性剂的对流输送的相对强度相比,表面活性剂的扩散输送。目前的研究集中在以下两个限制:(i)当表面活性剂的传输是由表面扩散为主,和(ii)当表面活性剂的传输是由表面对流为主。在第一种极限情况下,可以看出液滴的轴向速度随着表面活性剂沿表面平流的增加而减小。另一方面,基于液滴相的粘度与载体相的粘度之比,在三个不同的制度下分析了横流迁移速度的变化。在第一制度的迁移速度随表面平流的表面活性剂的增加,虽然没有改变液滴迁移的方向。对于第二制度,液滴的横流迁移的方向根据不同的参数而改变。在第三种情况下,迁移速度仅受表面活性剂分布的任何变化的影响。对于较高的表面平流的表面活性剂的表面扩散相比的其他限制,液滴的轴向速度被发现是独立的表面活性剂的分布。然而,交叉流速度被发现,在表面活性剂分布的不均匀性的增加而减少。
2017-05-04 physics.flu-dyn
Hydrodynamic response of a surfactant-laden interface to a radial flow
本文研究了浸没射流作用于液-气界面时径向斯托克斯流的特性。表面活性杂质的存在赋予界面抵抗入射流的面内弹性。分析和数值计算都表明,微量的表面活性剂就足以深刻地改变流动的形态。界面的水动力响应也受到影响,随着表面可压缩性的减小,从滑移边界条件转变为无滑移边界条件。我们认为,发散向外流动和界面的弹性响应之间的竞争实际上可以用作检测和量化少量杂质的实用方法。
2019-09-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Kinematic irreversibility in surfactant-laden interfaces
不溶性表面活性剂单分子层的表面剪切粘度通常强烈地依赖于其表面压力。在这里,我们表明,一个有界单层内移动的粒子打破了低雷诺数流动的运动学可逆性。洛仑兹互等定理允许这样的不可逆性计算,而无需求解完整的非线性方程,给出了表面压力依赖的表面粘度的首阶贡献。特别是,我们表明,一个磁盘的界面边界附近的平移或旋转的经验力的方向垂直于该边界。在无界单层,耦合模式的运动也可以导致非直观的轨迹,我们说明使用的马格努斯效应的界面模拟。这种微扰方法可以扩展到更复杂的几何形状,并更一般地扩展到2D悬架。
2017-05-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Investigation of Surfactant-Laden Bubble Migration Dynamics in Self-Rewetting Fluids using Lattice Boltzmann Method
本研究采用基于中心矩的格子玻尔兹曼方法,首次探究自润湿流体中温度与表面活性剂诱导的马兰戈尼应力对迁移气泡的耦合效应,发现气泡会达到平衡位置且受表面活性剂和表面张力温度敏感系数调控,为调控气泡动力学提供新途径。
2024-10-08 physics.flu-dyn
Interfacial viscosity-induced suppression of lateral migration of a surfactant-laden droplet in a non-isothermal Poiseuille flow
了解和调节压力驱动流中表面涂层液滴的横流运动在许多实际应用中具有重要意义。在压力驱动流中,界面粘性和Marangoni应力共同作用于表面活性剂包覆的液滴,为调节液滴的横流运动提供了更大的灵活性。尽管人们对Poietille流中表面活性剂包覆的牛顿液滴的操纵进行了大量的理论和数值研究,但实验研究很少。在这里,我们报告我们的研究了解的表面活性剂涂覆的牛顿液滴在等温和非等温Poietille流的横流运动的影响,从理论和实验的角度。建立了一个理论模型,在不考虑形状变形和流体惯性或热对流的假设下,研究了界面粘性对液滴横向迁移的影响。理论分析是在两个限制条件下进行的:(i)当表面活性剂的运输是由表面扩散和(ii)当表面活性剂的运输是由表面对流为主。我们的理论分析表明,双折射以及剪切表面粘度抑制液滴的横向迁移速度。已经进行了实验,以验证理论预测的液滴轨迹,并了解通道限制的液滴的横向迁移的影响。从实验中已经观察到,液滴在高度受限的区域中朝向流的中心线行进得更快。本研究结果可为设计和分析各种液滴微流控、生物医学和生物微流控器件提供新的前景。
2018-12-12 physics.flu-dyn
A Fluctuating Hydrodynamics Model for Nanoscale Surfactant-laden Interfaces
本文提出纳米尺度含表面活性剂界面的涨落流体力学模型,揭示表面活性剂对界面稳定性的影响及热涨落对其稳定作用的抑制效应。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Nonlinear electrohydrodynamics of a surfactant-laden leaky dielectric drop
University of Strathclyde(斯特拉斯克莱德大学);University of Bath(巴斯大学)
本文研究了含表面活性剂的泄漏电介质液滴在电场下的非线性电液动力学行为,揭示了表面活性剂扩散对临界电场和Quincke旋转的影响。
2026-02-03 physics.flu-dyn
Diffusiophoresis of a non-polar fluid droplet laden with soluble ionic surfactants
Indian Institute of Technology Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校);Southern University of Science and Technology(南方科技大学)
研究非极性液滴中带可溶性离子表面活性剂的扩散电泳,揭示有限速率表面活性剂动态和界面传输对液滴运动的关键作用。
2026-02-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stability of soluble surfactant-laden falling film over a hydrophobic incline in the presence of external shear
SRM Institute of Science and Technology(SRM科学与技术学院);National Taiwan Ocean University(台湾海洋大学);Indian Institute of Technology Jodhpur(焦浦印度理工学院)
研究可溶表面活性剂填充下落膜在存在外部剪切力下的稳定性,分析长波和任意波模式,探讨能量组件行为。
2025-07-18 physics.flu-dyn
Drop encapsulation and bubble bursting in surfactant-laden flows in capillary channels
我们提出了一个参数研究的不稳定现象与细长的气泡通过液体填充的方形毛细管在高韦伯数条件下的流动。这些条件一致地诱导在气泡的后部形成再入射流,该气泡通常让位于深的液体腔。随后的步骤包括在空腔中夹断事件,以产生一个或多个封装的液滴,其可以结合由空腔或液滴引起的气泡-液体界面的破裂。这些界面不稳定性中的一些先前已经在实验上(Olbricht 1996)和数值上(Izdarov & Muradoglu 2016)针对微通道中的液-液流动进行了报道。我们进行了三维直接数值模拟的基础上的混合接口跟踪/水平集方法能够占液体体相和液-气界面之间的表面活性剂的存在和动态交换。我们的研究结果表明,微妙的相互作用之间的惯性,毛细作用,粘度,表面活性剂的吸附/解吸动力学,和Marangoni应力有显着的影响,在非轴对称的形态结构的封装液滴拉长的气泡。这种强耦合也影响夹断时间,穿透深度的空腔,和数量,大小和速度的封装液滴通过气泡。所观察到的现象总结在三个主要的形态制度的基础上,表面活性剂相关的参数和无量纲组。还提供了流态图的讨论。
2022-12-23 physics.flu-dyn
Effect of surfactant-laden droplets on turbulent flow topology
本文通过直接数值模拟结合相场法,研究含表面活性剂液滴群对湍流通道流拓扑结构的影响,揭示Marangoni力在界面处促进拉伸型流动并量化局部变化。
2023-09-25 physics.flu-dyn
Coalescence of sessile aqueous droplets laden with surfactant
本研究通过大规模分子动力学模拟,揭示了含表面活性剂固着液滴在不同润湿性基底上的聚结机制,发现接触角影响聚结行为,桥接生长遵循2/3幂律,且表面活性剂浓度增加会减缓聚结。
2024-02-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Thermally modulated cross-stream migration of a surfactant-laden deformable drop in a Poiseuille flow
在本研究中,我们调查的横向流迁移的变形液滴悬浮在非等温Poillille流中存在的散装不溶性表面活性剂。由于控制方程系统中存在的非线性,采用渐近方法,以捕捉各种影响参数之间的复杂和非平凡的耦合。在流体流动惯性和热能对流输运可忽略的假设下,通过小变形微扰分析得到了两种极限情况下的液滴迁移速度,即对流驱动的表面活性剂输运和表面扩散主导的表面活性剂输运.在这些限制的情况下,横向流动的液滴的迁移进行了研究,在相同的方向上施加的恒定的温度梯度,以及在相反的方向施加的流量。对于前一种极限情况,液滴总是向流动中心线迁移。对于高粘性液滴,其横流迁移的方向反转。当温度在施加的流动方向上降低时,横流迁移速度随着施加的温度梯度的增加而降低,直到达到临界点,在该临界点处没有横流迁移。超过临界点,横流速度的大小逐渐增加。低于临界温度梯度的液滴向流动中心线迁移;然而,高于临界温度梯度的液滴则远离中心线移动。对于表面活性剂运输为主的表面对流的其他限制情况下,横向流速度的大小被发现是显着更大,并在同一时间独立的液滴载体相粘度比。
2017-11-23 physics.flu-dyn
Stability of surfactant-laden double-layered viscoelastic fluids flowing over an inclined plane
本文研究含不溶性表面活性剂的双层弱黏弹性流体沿斜面流动的稳定性,推导Orr-Sommerfeld型边值问题并数值求解,揭示三种失稳模式及上下层黏弹性对各模式的差异化影响规律。
2025-10-05 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
Capillary nanowaves on surfactant-laden liquid films with surface viscosity and elasticity
本研究通过分子动力学模拟和理论分析,发现表面活性剂通过降低表面张力和引入弹性能影响液膜纳米波,并利用Boussinesq-Scriven模型解释了表面粘度导致的波衰减减慢现象。
2023-06-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
(Super)Spreading and drying of trisiloxane-laden quantum dot nanofluids on hydrophobic surfaces
纳米流体为广泛的工业领域带来了希望。然而,对纳米流体,特别是含有表面活性剂的纳米流体在干燥和铺展过程中的润湿行为和沉积形成的理解仍然很差。本文对基于量子点的纳米流体的蒸发动力学和纳米胶体悬浮液在六甲基二硅氮烷、聚苯乙烯和聚丙烯涂覆的疏水表面上的蒸发驱动自组装进行了实验研究。此外,对于第一次,我们迈出了一步,了解超级铺展表面负载纳米流体的润湿动力学。结果表明,与纯液体相比,无表面活性剂的量子点纳米流体在干燥过程中经历了包括最后一个附加钉扎模式在内的四种蒸发模式,而接触角减小时三重接触线被纳米晶体钉扎。与以前的研究相反,发现向表面活性剂水溶液中添加纳米颗粒导致铺展速率恶化并形成双咖啡环。对于所有检查的表面,超铺展在存在和不存在的量子点纳米粒子发生。尽管在所有基底上形成咖啡环,但它们具有不同的形态。特别地,在六甲基二硅氮烷和聚苯乙烯涂覆的表面上将结状结构并入环中
2020-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Morphology of clean and surfactant-laden droplets in homogeneous isotropic turbulence
通过直接数值模拟研究均匀各向同性湍流中含表面活性剂液滴的形态,发现Kolmogorov-Hinze尺度决定液滴形状与界面面积标度律,并揭示手柄和空洞的拓扑特性及其与表面张力的关系。
2024-04-14 physics.flu-dyn
Odd-viscosity induced surfactant-laden shear-imposed viscous film over a slippery incline
本研究针对含不溶性表面活性剂的光滑斜面降膜,建立Orr-Sommerfeld边值问题并数值求解,分析odd黏度、剪切、滑移等因素对Yih模、Marangoni模及剪切模稳定性的影响规律。
2023-05-04 physics.flu-dyn
Natural break-up and satellite formation regimes of surfactant-laden liquid threads
我们报告了一个数值分析的非强迫破裂的自由圆柱形线程的粘性牛顿液体的界面涂有不溶性表面活性剂,专注于卫星液滴的形成。初始条件是具有小振幅$ε$的圆柱形谐波扰动,其波长是由线性稳定性理论推导出的最不稳定的波长。我们证明,在极限$ε\to 0$,问题取决于两个无量纲参数,即拉普拉斯数,$La=ρσ_0 \bar{R}/μ^2$,和弹性参数,$β=E/σ_0$,其中$ρ$,$μ$和$σ_0$是液体密度,粘度和初始表面张力,分别,$E$是吉布斯弹性和$\bar{R}$是未扰动螺纹半径。一个参数的研究,以量化的影响$La$和$β$上的两个关键量:卫星液滴体积和表面活性剂的质量被困在卫星的表面夹断之前,$V_{sat}$和$Σ_{sat}$,分别。我们确定了一个弱弹性制度,$β\lesssim 0.05$,其中卫星体积和表面活性剂的相关质量服从$V_{sat} = Σ_{sat} = 0.0042 La^{1.64}$的标度律$La \lesssim 2$。对于$La \gtrsim 10$,$V_{sat}$和$Σ_{sat}$分别达到约$3 \%$和$2.9 \%$的平台,$V_{sat}$与具有清洁界面的低粘度螺纹的先前实验密切一致。对于$La<7.5$,我们揭示了在临界弹性$β_c (La)$,与$β_c \to 0.98$为$La \lesssim 0.2$,$V_{sat}$和$Σ_…
2019-11-27 physics.flu-dyn
Dynamic Manipulation of Multiphase Fluid in Microgravity Using Photoresponsive Surfactant
该研究通过定制光表面活性剂的微重力实验与建模,揭示气泡尺寸、光开关及吸附动力学对光-Marangoni运动的影响,为多相流体光控操控提供设计准则。
2025-03-14 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Effective surface shear viscosity of an incompressible particle-laden fluid interface
如果剪切速率足够小,在受剪切作用的含颗粒流体界面处即使存在少量的表面活性剂也会使表面流不可压缩[T。M. Fischer等人,J.Fluid Mech.558,451(2006)]。本文计算了分离两种不混溶流体的平坦、低浓度、含颗粒的不可压缩界面的有效表面剪切粘度。结果发现,得到的值是7.6%,大于没有考虑表面不可压缩性得到的值。
2014-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A sharp and conservative method for modeling interfacial flows with insoluble surfactants in the framework of a geometric volume-of-fluid approach
提出一种三维锐利守恒的几何体积流体方法,用于模拟含不溶性表面活性剂的界面流动,通过隐式离散平流项和沿重构界面离散扩散项,实现了更高精度与收敛性,并揭示了上升气泡随表面活性剂浓度增加从近壁弹跳向远离壁面迁移的转变。
2025-07-13 physics.flu-dyn
Enhanced numerical approaches for modeling insoluble surfactants in two-phase flows with the diffuse-interface method
Institute of Science Tokyo, School of Engineering(东京科学大学工程学院)
本文提出改进的数值方法用于用扩散界面法建模不可溶表面活性剂的两相流,通过避免变量的空间导数和独立指定delta函数的宽度来提高准确性,同时保持离散守恒性。
2026-05-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Droplet Migration in the Presence of a Reacting Surfactant at Low Péclet Numbers
一种流体分散在另一种不混溶流体中的表面活性剂负载液滴用作能够模仿微生物游泳者的人工模型系统。界面化学反应或增溶过程产生界面张力梯度,导致Marangoni流。所产生的流体流将液滴推向界面张力较低的区域。表面活性剂的平流输送维持这些液滴的主动推进。在这些系统中,局部界面张力受界面反应动力学以及对流和扩散诱导的浓度梯度的影响。研究了悬浮在背景Poiffille流中的这种表面活性剂粘性液滴在界面反应中的迁移。重点是具体的表面反应,产生一个不均匀的界面覆盖的表面活性剂,这反过来又决定了在背景流中的液滴的迁移速度的作用。假设界面变形和流体惯性可以忽略不计,洛伦兹互等定理被用来分析确定的迁移速度的液滴使用常规的扰动扩展的表面Péclet数。我们表明,界面反应的存在影响的幅度的流向和横向流的迁移速度的液滴在背景Poilluille流。我们的结论是,流向迁移速度是没有足够的强度表现出积极的趋流性在最近的实验观察。附加效应,例如与相邻壁的流体动力学相互作用,对于捕获相同的流体动力学可能是必要的。
2022-08-18 cond-mat.other physics.flu-dyn
Role of surfactant-induced Marangoni stresses in drop-interface coalescence
我们使用全三维直接数值模拟研究了表面活性剂对液滴界面聚结动力学的影响。我们采用了混合界面跟踪/水平集方法,它考虑到马兰戈尼应力所产生的表面张力梯度,界面和体积扩散,吸附动力学效应。我们验证了我们的预测对实验数据的Blanchette和Bigioni [自然物理2(4):254-257(2006)],并进行了参数研究,证明了微妙的相互作用之间的流场和那些与表面活性剂的本体和界面浓度。这项工作的结果解开的Marangoni应力的关键作用,在流动物理的聚结,特别注意到他们的影响颈部重新打开动力学方面的停滞点抑制,和近颈部涡的产生。我们表明,表面负载的情况下,功能的界面上的硬化效果相比,表面负载的情况下,一种机制,支持所观察到的表面负载引起的现象。
2021-02-16 physics.flu-dyn
A model for transport of soluble surfactants in two-phase flows
本文提出了一种用于两相流中可溶性表面活性剂输运的计算模型,采用中心差分离散实现非耗散特性,可证明保持浓度场正定性并防止人为数值扩散,数值实验验证了其准确性与鲁棒性。
2025-10-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of a surface tension imbalance on a partly submerged cylinder
我们进行了静态分析的圆柱体,形成一个障碍之间的表面活性剂负载和表面活性剂的液体$-$气体界面的部分。除了确定力和扭矩的平衡的一般含义,我们量化如何之间的不平衡$Δγ=γ_a-γ_b$均匀的表面张力$γ_a$的表面活性剂的无部分的接口和均匀的表面张力$γ_b$的表面活性剂负载的部分的接口影响的承载能力的疏水性圆柱体。此外,我们证明了表面张力的任意形状的横截面的圆柱体的两侧之间的差异引起的水平力分量$f^h$等于$Δγ$的大小,当测量每单位长度的圆柱体。一个充满活力的参数,我们表明,这种关系也适用于棒状障碍与横截面的可变形状。此外,我们将我们的分析,两亲Janus气缸,我们讨论了实际的影响,我们的研究结果Marangoni推进和表面压力测量。
2017-06-05 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.flu-dyn
Influence of surfactant kinetics on rapid interface creation via microjet impact on liquid pools
本研究通过亚毫米射流冲击含表面活性剂液池的实验,揭示不同吸附动力学的表面活性剂对空腔动态特性的影响差异,并用简谐振子模型准确描述深密封区空腔回缩规律。
2025-10-29 physics.flu-dyn
Profile-Preserving Phase-Field Model for Surfactant Transport and Adsorption-Desorption in Two-Phase Flow Systems
本文提出一种保型相场模型,通过迭代细化界面分布和 delta 函数以消除浓度奇点并改善质量守恒,成功模拟了两相流系统中的表面活性剂输运与吸附-脱附动力学。
2025-04-27 physics.flu-dyn
accLB: A High-Performance Lattice Boltzmann Code for Multiphase Turbulence on Multi-Gpu Architectures
本文提出accLB,一种基于Fortran的高性能格子玻尔兹曼求解器,通过耦合Allen-Cahn方程与正则化LB方法,利用MPI和OpenACC在多GPU架构上实现多相湍流的高效模拟,并在预百亿亿次系统上验证了其扩展性与物理准确性。
2025-05-02 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effect of imposed shear on the dynamics of a contaminated two-layer film flow down a slippery incline
本文分析了倾斜滑动壁面上的两层降膜在流顶面上施加外剪切作用下的线性不稳定性。流动的自由表面以及流体之间的界面被不溶性表面活性剂污染。这两个层的动力学由纳维-斯托克斯方程控制,并且表面活性剂输运方程调节不溶性表面活性剂在界面和自由表面的运动。通过沿流动方向和与流动方向相反的方向施加外部剪切来比较不稳定机制。耦合奥尔-索末菲方程组所考虑的问题是使用微扰技术和正常模式分析。利用谱配置法得到了Orr-Sommerfeld本征值问题对应的本征模。数值结果表明,较强的外部剪切使界面模态失稳。然而,一个稳定的影响的表面模式上的外部剪切注意到,如果剪切施加在流动方向上,这是在相反的表面模式上的表面活性剂负载的单层降膜施加外部剪切的作用。此外,在高雷诺数区与足够小的倾角剪切模式的主要不稳定性的影响进行了分析。在这种结构下,由于引力对表面不稳定性的影响较弱,因此剪切模相对于表面模占优势。剪切模式也可以通过在流向流的相反方向上施加外部剪切来稳定。由此可见,附加在两层降膜上的剪切力对控制不稳定性的姿态起着积极的作用。
2020-09-17 physics.flu-dyn
A hybrid lattice Boltzmann and finite difference method for two-phase flows with soluble surfactants
提出一种混合格子Boltzmann和有限差分方法模拟含可溶性表面活性剂的两相流,通过修正的Langmuir状态方程耦合流场与浓度场,验证了其准确性并揭示了表面活性剂对气泡上升的Marangoni阻碍效应。
2023-11-26 physics.flu-dyn
LCS.jl: A High-Performance, Multi-Platform Computational Model in Julia for Turbulent Particle-Laden Flows
Engineering School, Department of Mechanical Engineering, Institute of Science Tokyo(东京科学大学工学院机械工程系);Supercomputing Research Center, Institute of Integrated Research, Institute of Science Tokyo(东京科学大学综合研究高等研究院超级计算研究中心)
本文提出LCS.jl,一种基于Julia语言的多平台多相湍流模拟模型,通过GPU原生粒子通信算法提升性能,实现跨平台的高可移植性和扩展性。
2026-04-13 cs.PF physics.flu-dyn