揭示液体透镜聚合的时空演化：自相似性、涡旋四重极和三相流体系统中的湍流
摘要：三相Cahn-Hilliard-Navier-Stokes(CHNS3)系统提供了一个自然的理论框架，用于研究最近进行的液体透镜聚合实验。我们在二维和三维(CHNS3)中进行了大量的直接数值模拟(DNS)，揭示了流体速度$u$和涡度$\omega$、三种液体的浓度场$c\_1,c\_2$和$c\_3$以及通过泊松方程定义的广义Laplace压力$P^G\_\mathcal{L}$的丰富时空演化。我们发现，与实验一致，随着透镜聚合，其颈部高度$h(t)\sim t^{alpha\_v}$，其中$alpha\_v \simeq 1$在粘性区域，$h(t)\sim t^{alpha\_i}$，其中$alpha\_i \simeq 2/3$在惯性区域。我们以Ohnesorge数$Oh$为函数，得到从粘性到惯性区域的转变，Ohnesorge数是粘性应力、惯性和表面张力力的无量纲组合。我们展示了一个横跨合并透镜颈部的旋涡四极子和$P^G\_\mathcal{L}$在区分合并透镜的粘性-惯性区域生长中起到的关键作用。在惯性区域，我们发现了湍流的迹象，通过动能和浓度谱来量化。最后，我们研究了不对称透镜的合并，其中聚合的初始阶段发生在透镜界面的圆形部分；在这种情况下，我们得到了$h(t)$的幂律形式，在惯性区域的指数介于其液滴聚合和透镜合并对应值之间。
作者：Nadia Bihari Padhan and Rahul Pandit
论文ID：2308.08993
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-21