The flow field around a confined active droplet
我们在这里提出的第一种实验测量的流场周围的游泳水滴，使用共焦PIV在三维空间。液滴比连续油相更致密，并且靠近并平行于底壁游动。测量的流场的第一个定量特征和相比，在无界流的轴对称游泳者获得的流场。观察到重要的定性差异，特别是在平行于壁的平面中出现了强各向同性径向流场。这些根本的差异强调了限制对游动液滴周围流场的关键影响。然后，我们提出了一个分析配方，根据基本的流体动力学奇点以及经典的图像方法的游泳液滴的降阶描述。该模型能够准确地考虑壁面的影响，并将流场简化描述为轴对称偶极和四极奇点的叠加。我们证明，这种简化的描述定量捕获的偶极和四极组件的流场的壁的效果。进一步包括约束引起的浓度场的不对称性负责液滴的马兰戈尼推进，我们的模型也能够占单极贡献的实验流场驱动的液滴的主导远场签名。
2019-05-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Instability and self-propulsion of active droplets along a wall
活性液滴可以在粘性流中自发游动，这是由于Marangoni和/或由该溶质的不均匀分布产生的泳动流在其表面产生的化学溶质的非线性对流传输，只要对流与扩散溶质传输的比率或Péclet数$\mbox{Pe}$足够大。由于它们的净浮力，活性液滴通常在距刚性边界小的有限距离$d$处演化。然而，现有的模型系统地集中在无界流动，忽略了壁面接近的效果上的推进机制的非线性的本质。与此相反，我们在这里获得一个关键的洞察力，通过分析他们的稳定性，非轴对称扰动和由此产生的自推进沿壁的壁距离$d$上没有限制的假设。根据$d$和$\mbox{Pe}$识别偶极或四极轴对称（悬浮）基态。也许与直觉相反，观察到下降壁分离$d$的减少使这些模式不稳定并促进自推进，这是由于驱动运动的化学梯度的限制诱导的局部化。此外，四极状态是更不稳定的，比他们的偶极同行由于再分配的化学扰动的基流，有利于出现更强的滑移强迫的下降表面。
2021-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Films, layers and droplets: The effect of near-wall fluid structure on spreading dynamics
我们提出了一个在非常小的尺度上的固体基板上的液滴的传播的研究。我们专注于政权的有效润湿能（结合势）和表面张力的影响显着影响稳定和扩散液滴。特别是，我们专注于强大的包装和分层效应，在液体附近的基板由于潜在的密度振荡所造成的吸引力的基板-液体相互作用的流体。我们表明，这种现象可以描述的薄膜（或长波或润滑）模型，包括振荡Derjaguin（或分离/结合）的压力，并探讨它对稳定的液滴形状和液滴的扩散动力学的影响，吸附（或前体）层和完全干燥的基板。在分子尺度上，通常使用的具有控制吸附层高度的单个优选最小值的两项结合势不足以捕获由近壁层状分子堆积引起的丰富行为。吸附层的厚度通常为亚单层，即，沿着该层的动力学由导致扩散动力学的单粒子跳跃组成，而不是标准薄膜模型中隐含的集体流体动力学运动。因此，我们修改的模型，以这样一种方式，对于较厚的膜的标准流体动力学理论是实现的，但对于非常薄的层的扩散方程恢复。
2017-01-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Spontaneous motion of a passive fluid droplet in an active microchannel
本文通过数值模拟研究了被动液滴在覆盖活性凝胶的微通道中的自发运动，揭示了单侧与双侧活性层对速度场对称性及液滴形变的影响，并证明锚定条件可调控自发流动结构，为新型微流控器件设计提供依据。
2023-08-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Phase Field Approach to Compressible Droplet Impingement
本文研究液滴以高速撞击壁面的问题。为了模拟这个过程，我们赞成一个扩散界面的概念。准确地说，我们建议一个可压缩的Navier-Stokes-Allen-Cahn模型。讨论了模型的基本性质。为了处理流体与壁面的相互作用，我们推导出了考虑动态接触角的边界条件。我们简要地讨论了一种精确地逼近系统能量耗散的间断Galerkin格式，并用一系列数值模拟说明了结果。目前，这些模拟仅限于静态接触角边界条件。
2019-09-27 math.AP physics.flu-dyn
Validation and Uncertainty Quantification for Wall Boiling Closure Relations in Multiphase-CFD Solver
基于双流体模型的多相计算流体动力学（MCFD）被认为是研究两相流动和沸腾系统的最有前途的工具之一。MCFD求解器需要闭合关系来使守恒方程可解。例如，壁面沸腾闭合关系提供了对壁面沸腾和热分配的预测。这些闭合关系的准确性显着影响求解器的预测能力。本文对MCFD求解器中壁面沸腾闭合关系的验证和不确定性量化进行了研究。这项工作有三个目的：（一）。通过灵敏度分析识别对沸腾系统的感兴趣的量有影响的参数; ii）.在多个数据集的支持下通过贝叶斯推断评估参数不确定性; iii）.定量测量求解器预测和数据集之间的一致性。本文对广泛应用的Kurul-Podowski壁面沸腾闭合关系进行了研究。使用了几种统计方法，包括用于全局敏感性分析的Morris筛选方法，用于逆贝叶斯推断的马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC），以及作为验证度量的置信区间。VUQ的结果表明，目前的经验关联式为基础的壁面沸腾关闭关系取得了令人满意的协议，壁面沸腾的预测。然而，封闭关系也表现出内在的不一致性，并未能得到一致的准确预测所有数量的利益超过发达的核沸腾制度。
2018-09-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental study of velocity statistics in wall-bounded turbulent emulsions
本研究通过折射率匹配在Taylor-Couette湍流中测量高体积分数乳化液速度，发现液滴会抑制大尺度湍流并增加速度间歇性，在边界层显著增加整体阻力，为分散液滴调节湍流多尺度特性提供了实验见解。
2025-04-05 physics.flu-dyn
Collisions and rebounds of chemically-active droplets
活性液滴游动是由于它们消耗或释放的化学物质的分布与它们的非均匀表面分布所产生的马兰戈尼流的非线性平流耦合的结果。大多数现有的模型集中在无界流体中的单个液滴的自推进上，当扩散足够慢时（即，超过临界Péclet数，$\mbox{Pe}_c$），这会出现。尽管它的实验相关性，耦合动力学的多个液滴和/或碰撞的墙壁仍然大多未被探索。采用一种基于移动拟合双球面网格的新方法，求解了化学溶质和流场的全耦合非线性动力学，详细描述了活性液滴与刚性壁面（或与第二液滴）的轴对称碰撞。动力学是惊人的不同取决于对流扩散传输比，$\mbox{Pe}$：接近自推进阈值（中度$\mbox{Pe}$），回弹动力学由化学相互作用设定，并且通过渐近分析很好地捕获;相反，对于较大的$\mbox{Pe}$，流体动力学和化学效应的复杂和非线性组合设定详细的动力学，包括更接近壁和在液滴反弹后不久的速度平台。回弹特性，即最小距离和持续时间，最后根据$\mbox{Pe}$完全表征。
2019-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Droplet in micro-channels: A numerical approach using an adaptive two phase flow solver
本文提出了一种研究气泡在受限微通道中流动的数值方法。使用开源两相流求解器（Gerris，gfs.sourceforge.net），我们计算由气泡运动、拉普拉斯压力变化和通道壁附近的润滑膜之间的相互作用引起的气泡动力学（即形状和终极速度）的解。定量和定性的结果，并对小毛细管数的理论和实验数据进行比较。我们讨论了显式积分方法对小毛细管数计算的技术问题，以及增加范德华力的可能性，以更精确地描述基于液滴的微流体问题。
2015-07-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Boundary vorticity dynamics of two-phase viscous flow
从Navier-Stokes-Korteweg（NSK）方程出发，导出了扩散界面两相粘性流的基本表面物理量，包括密度梯度、剪应力、涡量、压力、拟能通量和表面曲率之间的精确关系。这些理论结果为边界/界面涡动力学提供了坚实的基础，也为分析两相粘性流中复杂的界面现象提供了新的工具。为了证明所开发的结果的应用，通过使用最近开发的平衡良好的离散统一气体动力学方案（WB-DUGKS）进行液滴的碰撞和扩展的模拟，专注于扩展过程时的分离气泡形成的液滴内部。分析了界面和壁面处的剪应力、压力和涡度拟能通量的分布，特别是在动接触点和其它特征点附近。这个例子给出了一个独特的视角，液滴撞击在墙上的物理。
2022-11-27 physics.flu-dyn
Impact of Spinning Droplets onto Superhydrophobic Surfaces: Asymmetric Tumbling Rapid Rebound
本文通过数值模拟与实验研究了旋转液滴撞击超疏水表面的动力学，发现旋转导致前部抬升和后部抬升两种翻滚回弹，并揭示了非对称铺展缩短接触时间的机制，建立了预测模型。
2025-07-17 physics.flu-dyn
Validation of wall boundary conditions for simulating complex fluid flows via the Boltzmann equation: Momentum transport and skin friction
本研究验证了玻尔兹曼方程壁面边界条件在多种流态下的有效性，发现高空间分辨率对预测流动不稳定性和动量输运至关重要，并首次直接求解玻尔兹曼方程计算了壁面湍流。
2023-12-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simulations of droplet dynamics using moving mesh interface tracking with adaptive meshing
采用有限体积/移动网格界面跟踪方法（MMIT），自适应网格加密和粗化，模拟了液滴的动力学过程。在MMIT中，界面厚度为零，并以拉格朗日方式移动。为了提高计算效率和计算精度，提出了一系列的网格细化和粗化方案。在这段视频中显示了三种情况，其中包括一个串联的液滴对脉冲加速的气流，液滴移动通过一个收敛-发散的液体填充管，和一个液滴移动到倾斜的固体壁。模拟的流体动力学视频将在2011年的流体运动画廊中展示。
2011-10-14 physics.flu-dyn
Controlling droplet spreading with topography
我们提出了一种新的实验系统，可用于研究皮升液滴的动力学与地形变化的基板上蔓延。我们集中在一个凹陷的体育场形状的像素内的液滴的传播，与应用程序的制造的POLED显示器，并发现，倾斜的侧壁的像素可以局部增强或阻碍传播取决于是否接触线前面的地形梯度是积极的或消极的。局部增强的扩散经由沿着像素的侧壁通过类似于尖角中的毛细上升的机制形成细尖的细流而发生。我们证明，薄膜模型与实验测量的扩展定律（将接触线速度与接触角联系起来）相结合，可以对不断变化的液体形态进行出色的预测。我们还表明，对于大多数进化过程，考克斯-沃伊诺夫定律可以充分描述传播。该模型不包括粘性效应，因此，没有捕获薄尖细流传播的时间尺度。尽管如此，这个简单的模型可以非常有效地用于预测液体覆盖的面积，并可以作为一个有用的设计工具，需要精确控制基板上的液体的系统。
2017-01-03 physics.flu-dyn
Modeling Droplets with Slippery Interfaces
本文提出一种基于混合Navier-Stokes投影法和Immersed Interface Method的数值模型，用于研究二维和三维多相流体系统中的界面滑移现象，与实验和计算结果高度吻合，并揭示了滑移对多种流体系统的影响。
2022-06-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Effective modelling of the Rayleigh-Bénard convection of concentrated emulsions with finite-size droplets
我们提出了中尺度数值模拟的瑞利-贝纳德对流在一个二维的浓缩乳液，限制在两个平行的墙壁之间，从下面加热，从上面冷却，浮力的作用下。所研究的系统包括有限尺寸的液滴，其浓度$Φ_0$是变化的，范围从稀释极限到乳液开始被包装并表现出非牛顿流变学的点。我们专注于表征的对流传热性能接近从传导到对流状态的过渡。对流是受限的和不均匀的，这导致乳液在空间$ϕ_0(y)$中表现出浓度不均匀性，这取决于在壁到壁方向（$y$）上的位置。为了定量评估这种非均相系统的传热效率，我们采取并排的浓缩乳液系统和单相（SP）系统之间的比较，其局部粘度$η^{\mbox{SP}}(y)$是适当地从乳液的剪切流变学构造。这样的比较突出了需要在局部粘度$η_Λ^{\mbox{SP}}(y)$中引入适当程度的粗粒化$Λ$，以便单相系统获得与乳液相同的传热效率。具体而言，它示出的两个系统之间的定量匹配是可能的，每当粗粒化是在一个规模的顺序的液滴大小进行。
2021-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dewetting of a corner film wrapping a wall-mounted cylinder
本研究结合理论与数值方法，探讨了部分润湿圆柱与基底角落的液膜稳定性，发现液膜尺寸是控制稳定性的关键因素，并指出线性稳定性分析仅能预测卫星液滴数量的上限。
2023-10-09 physics.flu-dyn
Freezing dynamics of wetting droplet under a uniform electric field
本文发展相场格子玻尔兹曼方法研究均匀电场下冷基底上润湿液滴的冻结过程，发现电场通过改变液滴形态显著影响冻结时间，长椭球形态冻结变慢而扁椭球形态冻结加快，为电致冻结精确调控提供指导。
2024-10-21 physics.flu-dyn
Three dimensional contractile droplet under confinement
Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会计算应用研究所）；INFN ”Tor Vergata”（意大利国家核物理研究所托尔维拉塔分部）；Roma Tre University（罗马三大）；Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利技术研究院基金会）；Harvard University（哈佛大学）
研究三维收缩液滴在本体和约束下的动力学，揭示活动性变化导致的多种形状和运动模式，由自发流与弹性相互作用驱动。
2026-03-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the vortex ring formation and mixing in thin films upon droplet impact
Institute for Fluid Mechanics and Aerodynamics, TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学流体力学与空气动力学研究所）；Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院机械工程系）
研究液滴撞击薄液膜时涡环形成与混合机制，通过实验揭示涡环稳定性与液膜厚度、雷诺数的关系，并提出预测涡环循环演变的经验模型。
2025-12-28 physics.flu-dyn
Molecular Dynamic Approach of Enhanced Self-Propelled Nano-Droplet Motion on Wettability Gradient Surfaces
采用分子动力学（MD）模拟方法对具有润湿性梯度的表面上的液滴运动进行了模拟，以突出其物理基础。分别采用GROMACS和可视化分子动力学（VMD）对液滴的形态进行了模拟和间断可视化。模拟模拟实验中，在一个全面的方式，其中微尺寸的液滴被推进的表面润湿性梯度对一些阻滞力。通过改变液壁间Lennard-Jones相互作用参数和基底温度，研究了它们对三相接触线摩擦系数的影响。在原子尺度下，观察到接触线摩擦是温度的强函数，证实了实验观察到的接触线摩擦系数与温度升高之间的反函数。这些MD模拟结果成功地与自推进液滴运动模型的结果进行了比较。
2015-04-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet migration in a Hele-Shaw cell: Effect of the lubrication film on the droplet dynamics
液滴在Hele-Shaw池中的迁移是一个基本的多相流问题，它对于许多微流体应用至关重要。我们专注于在低毛细管数和三维直接数值模拟进行调查的问题。为了减少计算量，采用自适应网格，仅在界面附近使用高分辨率网格。对液滴水平半径和毛细管数进行了参数研究。对于具有大于通道高度的一半的水平半径的液滴，液滴溢出通道并且呈现出饼形状。液滴与壁面之间形成润滑膜，并特别注意润滑膜对液滴速度的影响。饼状液滴的计算速度被证明是低于平均流入速度，这是与实验测量一致。数值结果表明，润滑膜引起的强烈剪切和三维流动结构都有助于液滴的低流动性。在这种低迁移速度的情况下，液滴参考系中的界面流在顶部朝向后部移动，并且从两个侧边缘反向移动到前部。油滴的速度和润滑膜的厚度随毛细管数的增加而减小。液滴速度及其对毛细管数的依赖性不能被经典的Hele-Shaw方程捕获，因为深度平均近似忽略了润滑膜的影响。
2016-05-18 physics.flu-dyn
Drop impact on wetted walls: An analytical solution for modelling the crown spreading based on stagnation-point flow
提出了一种解析解来预测由单个液滴撞击湿壁所产生的树冠扩展。这种方法能够实现从惯性驱动到粘性控制的树冠传播机制的平稳过渡。建模策略是基于驻点流动，因为它非常类似于薄板中的流体动力学流动，并提供了两个主要优点。首先，它允许一个简单的估计壁膜变薄率，所造成的冲击液滴的壁膜的脉冲转移。其次，由于解决方案的自相似性，它可以直接估计沿壁面展开的薄膜的动量损失。通过将此估计到现有的无粘模型，一个很好的协议与实验发现在整个树冠高程阶段。总的来说，分析表明，在很大一部分树冠传播过程中，由于粘性效应而导致的动量损失不容忽视，特别是对于薄壁薄膜。所提出的方法铺平了道路，预测冠底破碎（CBB）的开始。在这种情况下，冠状薄片直接在其基部分解，这是由于在其分解之前在薄片中自发产生孔，从而在薄片中产生网状结构。我们的理论分析表明，这种冠状薄片的过早破裂与局部不稳定效应有关，这是由惯性力和表面张力之间的不平衡引起的。
2020-07-17 physics.flu-dyn
A Study of Spherical and Sessile Droplet Dynamics by Fluctuating Hydrodynamics
本研究基于Cahn-Hilliard与不可压缩涨落流体动力学模型，模拟了纳米尺度下球形与坐滴的介观动力学，通过确定性迁移率测量与随机位置方差拟合对比计算扩散系数，发现特定滑移壁面及大接触角条件下两者结果存在差异。
2024-11-15 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
A wall function approach in lattice Boltzmann method: algorithm and validation using turbulent channel flow
在格子玻尔兹曼方法（LBM）中，广泛使用的壁边界是回弹（BB）边界，其对应于无滑移边界。当使用粗网格系统处理高雷诺数流动时，BB边界阻止了LBM捕获壁面上精确的剪切阻力。在这项研究中，我们提出了一个“壁函数反弹（WFB）”边界，将壁函数到LBM的边界条件，克服了BB的限制。WFB边界使用壁面函数模型计算壁面上的适当剪切阻力，然后修改分布函数以反映剪切阻力。WFB中的壁面函数采用Spalding定律。采用基于LBM的大涡模拟（LBM-LES）对$Re_τ$ =640和2003的槽道湍流进行了数值模拟，验证了所提出边界条件的有效性。结果表明，BB边界低估的时间平均速度在缓冲层在$Re_τ$ =640，在整个域的平均速度在$Re_τ$ =2003，当使用粗网格系统。然而，WFB得到了适当的壁面剪切阻力，从而补偿了低估，与实验或DNS数据吻合得更好，特别是在第一层网格。此外，WFB在一定程度上改善了近壁区的雷诺正应力。壁面剪应力的分布与有限体积法中壁面模型函数的分布相似。
2020-09-09 physics.flu-dyn
Modeling the excess velocity of low-viscous Taylor droplets in square microchannels
微观多相流由于其能够将过程转移到新的操作窗口并实现显著的过程强化而获得了广泛的兴趣。然而，泰勒液滴的流体动力学行为尚未完全理解。在这项工作中，我们介绍了一个模型来确定泰勒液滴在方形微通道中的过剩速度。液滴与流体的总表观速度之间的速度差对液滴停留时间有直接影响，并且与压降有关。由于液滴不占据整个通道截面，这使得连续相能够通过拐角绕过液滴。连续性方程的考虑一般将超流速度与平均流速联系起来。我们的旁路流量的量化的基础上的液滴帽变形从其静态形状的相关性。帽变形揭示了施加在界面上的流动液体的力，并允许估计旁路流的局部驱动压力梯度。表征参数确定为旁路长度，壁膜厚度，两相之间的粘度比和Ca数。所提出的模型是适应一个随机的，超启发式优化方法的基础上高速摄像机测量。此外，我们的模型成功地验证了已发表的经验数据。
2019-05-07 physics.flu-dyn
Effect of viscosity on surface acoustic wave driven collective particle dynamics in sessile droplets: nebula, black holes and white dwarfs
表面声波（SAW）可以在几秒钟内将微颗粒集中在液滴中。然而，机制并不清楚，现有的解释失败了几个数量级。在本文中，我们分析了流体粘度和颗粒尺寸的SAW驱动的集体粒子动力学在液滴的效果。在我们的大多数实验中，粒子不会聚集，而是远离液滴中心，从而形成“黑洞“。我们表明，黑洞是由于空间位阻，其中极向流线，应该驱动粒子的液滴的中心来太接近固体，使沿这些流线携带的粒子接触固体壁边缘的黑洞到达液滴的中心之前。这些黑洞的大小与在粘性较低的液滴中形成的聚集体的大小相关。这表明了黑洞和白矮星（聚集体）的共同形成机制。在前者中，接触固体的颗粒将被流体冲走，而在后者中，颗粒将保持与固体接触并滚动到形成聚集体的液滴中心。本文还讨论了液滴底部聚集体的稳定条件。然后使用流体动力学屏蔽的概念来浓缩1 $μ$ m颗粒，使用10个$μ$ m珠作为屏蔽。
2022-04-28 physics.flu-dyn
Dynamics of a droplet in shear flow by smoothed particle hydrodynamics
本文利用多相SPH方法系统研究剪切流中液滴的变形与破碎，通过生成五维相图确定临界毛细数，并预测了空气中水滴破碎的临界条件。
2023-07-06 physics.flu-dyn
Droplet Simulations in Computer Graphics: Theories, Methods and Applications
本文系统梳理了计算机图形学中液滴模拟的理论与方法，重点分析了PBD和SPH等粒子法在提升飞溅真实感与降低计算成本方面的进展，并展望了其在游戏、动画、医学及3D打印等领域的应用潜力。
2024-11-24 cs.GR physics.flu-dyn
Analytical and numerical validation of a plate-plate tribometer for measuring wall slip
本研究通过数值模拟与理论分析验证了DSLT流变仪在测量粘度与滑移长度时的可靠性，确认入口效应影响极小，并证实Navier-Slip边界条件能有效模拟技术表面粗糙度。
2023-11-17 physics.flu-dyn
Waves beneath a drop levitating over a moving wall
本研究解释了悬浮液滴下方润滑层中行进波的物理起源，通过建立润滑流动简化模型并进行Tollmien-Schlichting型扰动线性稳定性分析，推导出Orr-Sommerfeld方程并求解最不稳定模式的波长与相速度，理论与实验结果吻合良好。
2024-08-22 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Cassie-Wenzel transition induced by localized freezing after droplet impact on supercooled micro-patterned surfaces
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University（天津大学内燃机国家重点实验室）；National Gravitation Laboratory, MOE Key Laboratory of Fundamental Physical Quantities Measurement, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学引力中心、教育部物理量测量重点实验室）；National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University（天津大学国家储能产教融合平台）
研究通过调节液滴扩展动力学、界面热传递和固态化动力学的耦合作用，揭示了液滴撞击微图案化超冷表面后湿态转变的机制，揭示了微图案设计对防冰和防冻表面的理性设计原理。
2026-05-08 physics.flu-dyn
A ternary mixture model with dynamic boundary conditions
该研究将带动态边界条件的Cahn-Hilliard模型拓展至三元混合物，结合Onsager原理与IEQ方法构建高效稳定的数值求解器，揭示了壁面相互作用、弛豫速率对相分离等现象的影响，建立了受限多组分混合物研究的综合框架。
2023-12-15 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Numerical Investigations of Jet A Hexane Binary Fuel Droplet Impact on a Heated Solid Surface
本文采用VOF方法数值研究了Jet A-Hexane二元燃料液滴在加热固体表面的撞击动力学，揭示了燃料混合对铺展、沸腾和回弹的影响，并提出了韦伯数、铺展比与壁面热流密度的新关联式。
2025-09-16 physics.flu-dyn
Exact solutions of the problem of dynamics of a fluid with a free surface located between two approaching vertical walls
本文给出了理想不可压缩流体在自由边界上平面非定常势流经典问题的精确解。流体占据由自由表面（从上方）和由两个以恒定速度彼此接近的固体垂直壁（从侧面）界定的半无限条。的解决方案获得的情况下，毛细力和重力是缺席的，和流体运动是完全由壁的运动。该解决方案包含一个任意的功能，它允许一个描述的非线性演化的扰动的任意形状的初始平坦的水平表面的流体。被认为是对应于形成的气泡，尖点，和液滴的精确解的例子。
2021-08-12 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
Predictive Criteria for Electrospray-Assisted Droplet Dynamics in Aerodynamic Flow Fields
本文耦合 OpenFOAM RANS 与降阶拉格朗日粒子模型，模拟气动流场中带电液滴轨迹，并提出逆流临界电场预测准则及控制权限图。
2025-09-15 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
Impact force and spreading characteristics of droplet impact on cylindrical surfaces
State Key Laboratory of Engines, Tianjin University（天津大学内燃机国家重点实验室）；National Industry-Education Platform of Energy Storage, Tianjin University（天津大学国家储能产教融合平台）
研究液滴撞击圆柱表面的冲击力与扩展特性，揭示其与Weber数、Ohnesorge数及表面润湿性的关系。
2026-01-08 physics.flu-dyn
Computation of impinging droplet with soluble surfactants and dynamic contact angle
本文提出了一种计算表面活性剂液滴撞击水平面的任意拉格朗日-欧拉（ALE）有限元格式。该数值格式求解了含时的流体流动的纳维-斯托克斯方程、体相中表面活性剂输运的标量对流扩散方程以及自由表面和液固界面上表面活性剂的表面演化方程。模型中引入了表面活性剂对流动动力学的影响，包括表面活性剂依赖的表面张力和动态接触角。特别地，液滴的动态接触角$(θ_d)$根据接触线处的表面活性剂浓度和清洁表面的平衡接触角$(θ_e^0)$使用表面张力的非线性状态方程来定义。此外，表面力被包括在模型中作为表面应力张量的表面发散，其允许在不计算自由表面上的表面活性剂浓度的表面梯度的情况下并入Marangoni效应。除了网格收敛的研究和验证的数值结果与实验，吸附和解吸表面活性剂系数的润湿，部分润湿和非润湿液滴的流动动力学的影响进行了详细研究。结果表明，表面活性剂对润湿液滴的影响大于非润湿液滴。此外，当$ θ_e^0 $小于$90^\circ$时，接触线处表面活性剂的存在进一步减小平衡接触角，而当$ θ_e^0 $大于$90^\circ$时，接触线处表面活性剂的存在进一步增大平衡接触角。表面活性剂的存在对接触角没有影响，当$θ_e^0 =90^\circ$。数值研究清楚地表明，表面张力依赖的接触角。
2015-05-15 physics.flu-dyn
Magnetohydrodynamics and magneto-solutal transport mediated evaporation dynamics in paramagnetic pendent droplets under field stimulus
悬垂液滴的蒸发动力学除了具有丰富的流体和热输运物理之外，在若干应用中是极其重要的领域。本文从实验和分析两方面研究了在磁场刺激下顺磁性悬滴的增强蒸发动力学。文献提供的信息，溶质平流和溶质Marangoni效应导致液滴与离子包裹体的蒸发增强。本文的主要重点是借助磁场对热溶质平流进行调制，并理解在这种复杂的多物理场相互作用下蒸发过程的动力学。实验结果表明，溶剂化磁性元素离子的磁矩对蒸发速率的影响是直接的，从而证实了溶剂化磁性元素离子的磁泳平流和磁溶质平流。此外，通过PIV的流动可视化示出了液滴内的内部平流电流的幅度被加强，以及由磁场的取向被扭曲。通过对组分和能量守恒方程的标度分析，提出了一种基于磁热和磁溶质平流效应的数学形式。形式主义考虑到所有主要的控制因素，如磁热和磁溶马兰戈尼数，磁普朗特和磁施密特数和哈特曼数。该模型建立磁溶质平流分量是增强蒸发动力学的主导因素。实验内循环速度的准确验证，从所提出的模型。本研究揭示了丰富的洞察力的磁热溶质流体动力学方面的顺磁液滴。
2018-06-14 physics.app-ph physics.flu-dyn
A fully Eulerian hybrid Immersed Boundary-Phase Field Model for contact line dynamics on complex geometries
我们提出了一个完全欧拉混合浸没边界/相场模型来模拟润湿和接触线运动在任何任意的几何形状。固体壁面采用体积penalisation鬼胞浸没边界，而两种流体之间的界面采用扩散界面法。通过动量方程中的滑移速度和Cahn-Hilliard模型中的序参量的静/动态接触角条件来描述复杂壁面上的接触线运动。这种组合需要精确计算标量序参量的法向和切向梯度以及速度分量。然而，本算法需要计算平均权重和其他几何变量作为预处理步骤。几个验证测试报告的手稿，连同2D模拟的液滴传播的正弦曲线的墙壁上具有不同的接触角和滑移长度和球形液滴传播的球体，表明所提出的算法是能够处理的三相接触线运动在任何复杂的墙壁。该算法的欧拉特征便于实现，并提供了一个直接的和潜在的高度可扩展的并行化。所采用的并行化的基础Navier-Stokes求解器可以有效地用于多相部分。这里提出的程序可以直接用于施加任何类型的边界条件（诺依曼，狄利克雷和混合）的任何场变量在一个复杂的几何形状演变，与浸入边界的方法建模（例如，建模可变形的生物膜，红细胞，凝固，蒸发和沸腾，仅举几例）
2021-05-25 physics.flu-dyn
Finite element methods for a class of continuum models for immiscible flows with moving contact lines
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文提出一种有限元方法，用于模拟具有移动接触线的两相不可压缩流体，通过纳维-斯托克斯模型描述本体相动力学，考虑表面张力力（包括马兰戈尼力和粘性界面效应），采用扩展有限元空间稳定化技术处理演化界面，并通过尼茨切技术弱加Navier滑动条件，统一处理不同类型的表面张力和接触线力。
2015-10-12 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Evaluation of the performance of an analytical-numerical coupled method for droplet impacts on soft material surfaces
Imperial College London（帝国理工学院）
本文评估了分析-数值耦合模型在软材料表面液滴冲击中的性能，发现当杨氏模量低于10,000帕时模型会出现超调现象。
2026-03-04 physics.flu-dyn
Novel Inertial Self-Assembly Dynamics and Long-Range Spatial Ordering of Interacting Droplet Ensembles in Confined Microfluidic Flows
液滴的多相流在工业和微尺度上都是广泛的，对于生物和非生物应用都是如此。但这类系统的系综相互作用具有固有的非线性和复杂性，并伴有界面效应，使其成为理论上的一个困难的多体问题。相比之下，固体颗粒在流动中的自组装动力学早已被描述并成功地应用于惯性微流体领域，其中颗粒晶体可以从惯性力和流体动力学相互作用中实现。在这里，我们报告了新的自组装动力学的液滴在封闭的微流体通道，形成鲜明对比的惯性微流体的既定范例：更高的惯性导致更好的空间秩序。相反，我们发现，传统的直壁通道的几何形状不仅不能实现定期的空间有序的下降，但实际上加剧了它与增加惯性。相反，不对称的蛇形几何形状能够在比液滴直径大至少3个数量级的长度尺度上实现长范围的周期性空间有序化，特别是在低惯性下。实验上，我们能够解耦液滴生成订购，使独立的变化的数量密度，限制，惯性和表面活性剂浓度。我们发现惯性依赖的首选滴分离的出现，并首次表明，马兰戈尼效应可以影响多滴阵列的纵向排序。这些结果为惯性微流体提供了一个很大程度上未探索的方向，但也显示了其与液滴微流体统一的潜力。特别是，在芯片上被动恢复均匀液滴间距的实用性是孵育和逐滴询问能力的流线型集成的关键要求。
2021-05-26 physics.app-ph physics.flu-dyn
Gradient flow formulation and second order numerical method for motion by mean curvature and contact line dynamics on rough surface
本文研究了无惯性和粘性应力作用下，液滴在倾斜粗糙表面上运动的动力学特性。在这种情况下，液滴的动力学是润湿域和毛细管表面方面的纯几何运动。使用一个单一的图形表示，我们解释这个几何运动作为一个梯度流的希尔伯特流形。我们提出了无条件稳定的一阶/二阶数值格式来模拟这种几何运动的液滴，这是使用运动的中曲率加上移动接触线。该计划是基于（i）明确的移动边界，解耦的动态更新的接触线和毛细管表面，（ii）移动网格上的半拉格朗日方法和（iii）预估校正法与非线性椭圆求解器高达二阶精度。对于空间变量连续的拟静态动力学问题，我们证明了一、二阶数值格式的稳定性和收敛性。为了证明所提出的计划的准确性和长期验证，几个具有挑战性的计算实例-包括呼吸液滴，非均匀粗糙表面上的液滴和准静态Kelvin悬垂液滴-构造和比较精确解的准静态动力学得到的去奇异微分-代数系统方程（DAE）。
2020-11-16 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Incompressible active phases at an interface. I. Formulation and axisymmetric odd flows
最近实现的一个2D手性流体作为一个积极的单层液滴顶部移动的3D斯托克斯流体的启发，我们制定数学的自由边界动力学。表面液滴被描述为一般的2D线性的，不可压缩的，和各向同性的流体，具有粘性剪切应力，主动手性驱动应力，和霍尔应力允许的缺乏时间反演对称性。液滴通过其驱动的内部力学和通过在基础3D斯托克斯相中驱动流动而与自身相互作用。我们提出的动力学作为一个奇异的积分-微分方程的解决方案，在液滴表面，使用从表面应力到表面速度的3D斯托克斯方程的映射。专门的轴对称液滴的情况下，手性表面流的精确表示给出的奇异积分方程的解决方案，使用分析和数值技术解决。对于一个盘形单层，我们还采用了半解析解，铰链上的贝塞尔函数的正交基础上，并允许有效计算的单层速度场，其范围从近固体旋转的单向边缘电流取决于亚相深度和萨夫曼-德尔布鲁克长度。除了在近壁的限制，这些解决方案有分歧的表面剪应力在液滴边界，一个签名的系统与余维一域嵌入在三维介质中。我们进一步研究了霍尔粘度，耦合径向和横向表面速度分量，封闭腔的动力学的效果。
2022-02-28 cond-mat.soft math-ph math.MP
