Lattice Boltzmann modeling and simulation of forced-convection boiling on a cylinder
当沸腾发生在液体流场中时，这种现象被称为强制对流沸腾。本文用数值方法研究了饱和状态下圆柱体上的沸腾系统。为了处理复杂的汽液相变现象，我们发展了一种基于赝势格子玻尔兹曼方法（LBM）的数值计算方法。碰撞阶段是在中心矩（CM）的空间中进行的，以提高高雷诺数的数值稳定性。所采用的强制计划，符合基于CM的LBM，导致一个简洁而强大的算法。此外，额外的条款，以确保热力学的一致性推导出CMs框架。本计划的有效性成功地测试了一系列的沸腾过程，包括成核，生长，和离开的蒸汽气泡的雷诺数在30和30000之间变化。我们的基于CM的LBM可以再现所有的沸腾状态，即，核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾，而不需要任何人工输入，例如初始汽相。我们发现，典型的沸腾曲线，也被称为Nukiyama曲线，出现即使重点系统不是池沸腾，但强迫对流系统。此外，我们的模拟支持间歇性的直接固液接触的实验观察，即使在膜沸腾制度。最后，我们提供了定量的比较与半经验的关联式的强制对流膜沸腾的圆柱上的Nu-Ja图。
2021-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Leidenfrost temperature increase for impacting droplets on carbon-nanofiber surfaces
冲击在过热表面上的液滴可以表现出接触沸腾状态，在接触沸腾状态下，液滴与表面直接接触并剧烈沸腾，或者表现出膜沸腾状态，在膜沸腾状态下，液滴通过其自身的蒸汽与表面保持分离。从接触到薄膜沸腾状态的转变不仅取决于表面的温度和液滴的动能，而且还取决于在表面上制造的结构的尺寸。在这里，我们的实验表明，覆盖有碳纳米纤维的表面延迟过渡到膜沸腾到更高的温度相比，光滑的表面。我们提出的物理参数表明，由于小规模的碳纤维，它们被冷却的蒸汽流之前的液体的影响，从而允许接触沸腾到更高的温度比光滑的表面。我们还表明，只要是在膜沸腾制度的影响，影响液滴的扩展因子遵循相同的$\We^{3/10}$缩放（与$\We$的韦伯数）发现光滑的表面，这是由液滴下面的蒸汽流。
2013-09-03 physics.flu-dyn
Drop impact on superheated surfaces
当液滴撞击在加热到高于液体沸点的光滑表面上时，液滴或者在接触表面时立即沸腾（"接触沸腾“），或者在没有任何表面接触的情况下形成朝向热表面的莱顿弗罗斯特蒸汽层并反弹（"温和膜沸腾”），或者两者都形成莱顿弗罗斯特层并向上喷射微小的液滴（"喷射膜沸腾“）。我们实验确定的条件下，在每个政权的影响行为可以实现。我们发现，无量纲的最大传播$γ$的影响液滴在温和的和喷雾膜沸腾制度的加热表面上显示了一个普遍的缩放与韦伯数$\We$（$γ\sim\We^{2/5}$）-无论表面温度和液体性质-这是比非加热（亲水或疏水）表面（$γ\sim\We^{1/4}$）的影响陡峭得多。我们还干涉测量液滴下的蒸汽厚度。
2011-11-02 physics.flu-dyn
Boiling crisis as inhibition of bubble detachment by the vapor recoil force
沸腾临界是核态沸腾和膜态沸腾之间的过渡。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。我们的数值模拟的热控制的气泡生长在高的热通量显示如何气泡开始蔓延的加热器，从而形成一个胚芽的蒸汽膜。蒸汽反冲力不仅导致蒸汽扩散，还产生对加热器的强粘附，防止气泡离开，从而有利于气泡进一步扩散。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。在这样的条件下，我们观察到的表观接触角的增加和气泡下的干点的扩展，从而证实了我们的沸腾危机模型。
2016-01-26 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
Fine Structures Roll up in the Flow of Film Boiling at High Density Ratios
本文通过高分辨率数值模拟研究高密度比膜态沸腾中由Rayleigh-Taylor和Kelvin-Helmholtz不稳定性驱动的界面卷起及小尺度涡脱落机制，揭示斜压项对涡生成和涡量尖锐变化的关键作用。
2024-06-03 physics.flu-dyn
Boiling crisis and non-equilibrium drying transition
沸腾危机是指当供热量超过临界值时，加热器与液体之间迅速形成准连续的蒸汽膜。我们提出了一种机制沸腾危机的基础上蔓延的干点下的蒸汽泡。扩散是由蒸汽反冲力引发的，该力来自液体蒸发到气泡中。由于蒸发强度在三重接触线附近急剧增加，因此蒸汽反冲的影响可以描述为表观接触角的变化。因此，对于加热表面被液体完全润湿的最常见情况，沸腾危机可以理解为从完全润湿到部分润湿的干燥转变。泡核沸腾状态，即通常意义上的沸腾，其特征在于从加热表面到本体的热传递速率非常大，因为过热液体被离开的蒸汽泡从加热表面带走。如果加热功率增加，则加热表面的温度随着热通量而增加。当来自加热器的热通量达到阈值q CHF（临界热通量，CHF）时，蒸汽泡突然形成覆盖加热表面并使加热表面与液体主体绝缘的膜。加热表面的温度增长如此之快，以至于加热器可以熔化，除非它的功率被控制。这种现象被称为“沸腾危机”、“燃尽”或“偏离核沸腾”（DNB）[1]。这种转变的最终状态称为薄膜沸腾。自20世纪40年代以来，随着具有大热通量的换热器（如核电站）的工业开发的开始，这个问题变得非常重要。从那时起，大量的研究已经完成了各种条件的池沸腾（沸腾没有强加的外部流动）和流动沸腾（沸腾的流动水）[2]。已经提出了许多经验关联式，每个关联式都描述了CHF对液体和加热器的物理参数的依赖性，对于特定的几何形状和特定的沸腾条件或多或少正确[2]。阈值对实验装置细节的强烈依…
2016-01-25 physics.class-ph physics.flu-dyn
Film deposition of a self-propelled droplet on a cone with slip
本文利用含时润滑方程研究了自推进粘性液滴在不同锥半径、锥角和滑移长度的圆锥形基底上的动态润湿。液滴速度随锥角和滑移长度的增大而增大，随锥半径的增大而减小。我们发现，一个薄膜形成在后退的一部分的液滴，很像经典的Landau-Levich-Derjaguin（LLD）膜。发现膜厚度$h_f$随着滑移长度$λ$而减小。通过使用在膜区域和准静态液滴的渐近轮廓匹配的方法，我们得到相同的膜厚度从润滑方法的结果为所有的滑移长度。我们确定了两个渐近制度的标度律：$λ\ll h_f$的$h_fh''_o \sim Ca^{2/3}$和$λ\gg h_f$的$h_f h''^{3}_o\sim (Ca/λ)^2$，这里$1/h''_o$是在后退接触线的特征长度和$Ca$是毛细管数。我们比较的位置和形状的液滴预测从我们的连续理论与分子动力学模拟，这是在密切的协议。我们的研究结果表明，操纵液滴的大小，锥角和滑移长度提供了不同的方案，用于引导液滴运动和涂覆基板与膜。
2020-08-07 physics.flu-dyn
Modeling of pressure drop and heat transfer for flow boiling in a mini/micro-channel of rectangular cross-section
在本研究中，提出了一个一维模型来估计的压力损失和传热系数的流动沸腾在一个矩形微通道。本工作考虑到压力波动所造成的限制气泡的增长和压力波动的传热特性的影响。传热模型考虑了5个区域，即液塞、部分受限气泡、完全受限（拉长）气泡、部分干涸和完全干涸。该模型包括由于在液-汽界面处的剪切应力，除了蒸发液膜变薄。压力和传热系数的瞬态波动，以及时间平均的，与文献中的实验数据进行了验证。同时给出了进口可压缩性引起的回流换热特性。
2019-02-01 physics.flu-dyn
Superconducting source and sensor of single bubbles to study nucleate boiling of liquid helium
由低温微型和纳米器件的电阻元件产生的焦耳热通常引起冷却的低温液体（氦、氮）的沸腾。本文提出了一种通过测量具有单相滑移中心或线的电阻态超导薄膜微桥的温度变化来研究低温液体中单个汽泡形成和发展动力学的实验方法。由于其温度依赖性的过电流，它既可以作为产生单个气泡的热源，也可以作为表面温度传感器。实验测定了氦核态沸腾的平均汽泡脱离速率和平均单个汽泡体积。所获得的值与文献中发现的其他作者的数据吻合良好。
2022-09-30 cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Reduced residence time of droplet impact on heated surfaces
液滴的冲击是一种普遍存在的现象，并且减少冲击过程的停留时间对于许多潜在的应用是重要的。在这项研究中的加热表面上的冲击动力学，我们确定了一种模式的液滴反弹（反弹与喷雾模式），可以减少停留时间显着相比，传统的收缩反弹模式。与其他缩短停留时间的方法相比，该方法简单可靠。停留时间的减少是由于液膜中蒸汽气泡的破裂，这导致在液膜中形成孔并因此使液膜从孔反冲。提出了一个膜状沸腾区收缩-弹跳模式与喷射-弹跳模式过渡边界的标度律，与实验数据吻合较好。该模型还可以解释过渡沸腾区中这两种模式之间的转换。
2019-01-19 physics.flu-dyn
Film coating by directional droplet spreading on fibers
植物和昆虫使用细长的圆锥形结构来运输和收集小液滴，由于毛细作用，这些小液滴沿着圆锥形结构被推进。这些液滴可以在其运动过程中沉积流体膜，但尽管其对许多生物系统和工业应用的重要性，沉积膜的性质是未知的。我们开发一个渐近分析与实验测量和数值模拟的基础上的润滑方程的膜沉积。我们发现，沉积的薄膜厚度取决于纤维半径和液滴的大小显着，突出的涂层是受有限的尺寸效应相关的任何细长的几何形状的纤维上的薄膜沉积。我们证明，通过改变液滴的大小，而平均纤维半径和毛细管数是固定的，沉积膜的厚度可以改变一个数量级或更多。我们表明，自推进液滴有显着的潜力，创造被动涂层结构。
2020-09-02 physics.flu-dyn
Emergent collective motion of self-propelled condensate droplets
本研究揭示固体基底覆盖薄油膜时冷凝水滴自发涌现的蛇形及圆周集体运动，其自推进由合并小液滴释放的界面能驱动，具有传热与集水应用潜力。
2023-11-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-propulsion of inverse Leidenfrost drops on a cryogenic bath
当沉积在热浴上时，观察到挥发性液滴保持悬浮状态：所谓的莱顿弗罗斯特效应。在这里，我们讨论滴动力学在一个逆莱顿弗罗斯特的情况下，室温滴沉积在液氮池，并漂浮在由蒸发的浴产生的蒸汽膜。在沉积后的几秒钟内，我们观察到液滴开始沿着直线路径在浴上滑动，仅被靠近容器边缘的弹性反弹破坏。最初在静止状态下，这些自行推进的液滴在几秒钟内加速，并达到几厘米/秒的速度，然后在较长的时间尺度上减速。只要它们坐在浴缸上，即使在冷冻和冷却到液氮温度之后，它们仍然可以自行推进。我们的实验研究影响液体运动的参数，并提出了一个模型，实验和数值观察（稳定）的对称性破缺内的蒸汽膜，支持下降的基础上。当还对液滴的膜厚度和冷却动力学进行建模时，可以准确地再现液滴速度的变化。
2019-01-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interface dynamics under nonequilibrium conditions: from a self-propelled droplet to dynamic pattern evolution
本文主要根据我们最近的研究结果，描述了非平衡条件下接触线的不稳定性。给出了两个实验实例：液滴的自推进运动和自发动态斑图形成。对于液滴的自推进运动，我们介绍了一个实验，其中苯胺液滴坐在水层自发地在空气-水界面移动。马兰哥尼驱动的扩散的自发对称性破缺导致规则运动。在圆形培养皿中，液滴呈现直线运动或圆周运动。另一方面，我们显示了一个动态的脱湿的亚稳薄膜从空气-水界面所造成的图案的出现。有机相和水相的接触线形成了一个独特的时空模式，其特征在于动态的水凝胶。接触线的运动由扩散过程控制。我们提出了一个理论模型来解释所观察到的动态行为的基本方面。
2012-08-22 cond-mat.soft nlin.PS 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
The effect of self-induced Marangoni flow on polar-nematic waves in active-matter systems
该研究揭示了自驱动表面活性剂构成的活性物质中，自诱导马兰戈尼流对极性-向列密度波传播的调控规律，明确了波速、波幅随马兰戈尼参数的变化特征及两种分岔消失机制。
2025-09-05 nlin.PS physics.flu-dyn
