于细微处见知著,于无声处听惊雷

出处:流体动力与机电系统国家重点实验室发布时间:2019-10-08浏览次数:417

——邹俊课题组论文被AIP(美国物理联合会)重点评论报道

流体动力与机电系统国家重点实验室固定成员邹俊课题组流体领域的论文“Experimental study of drop impact on a thin fiber”成功发表于流体领域著名期刊Physics of Fluids,该论文被选为Editor's pick,同时被AIP(美国物理联合会)重点评论报道Scilight)。

(论文发表截图)

AIP(美国物理联合会)重点评论报道

一花一世界,一树一菩提”。让我们一起了解一下小液滴里面的大千世界吧。

在夏日雨后,大量晶莹剔透的小水珠会出现在蜘蛛网上。人类利用了蜘蛛网的集水特性开发出网状雾气收集器,大量布置在干旱地区,极大的解决了这些地区缺水的问题。

(图片来自网络)

而当液滴穿过细线,形态各异。有位伟大的诗人说过爱无处不在,液滴里的世界充满了各种浪漫的元素。有的如同“爱心”,有的像热恋中的小鸟(kissing birds)

           爱心        热恋中的小鸟(Kissing Birds

论文对这些形态进行了进一步研究。通过系统的实验发现,液滴经过细线过程中的形态会随着冲击速度、线径比、线接触角等条件而发生变化。通过控制调整其中两个重要的参数变量Weber数以及线径比,我们可以将冲击的实验结果细分为以下的几类:液滴被细线捕捉(a)、低速条件下的液滴分离(b)、高速条件下的液滴分离(c),单个液滴穿过(d)、滑落(e)以及部分反弹(f),如下图所示。

论文颠覆了以往液滴穿越细线实现分离的常规认知,首次提出并阐明了液滴穿越细线过程中低速区域与高速区域的不同分离机制。低速区域的液滴分离在很大程度上与液滴的振动有关,两个子液滴的开始分离的时刻往往接近于液滴Rayleigh时间的一半,液滴振动的反弹使得两个子液滴产生相互分离,没有发生融合。而对于高速区域的液滴来说,惯性作用主导了分离的过程,液滴冲击细线上表面的反作用力使得两个子液滴获得了相反方向的水平的速度,进而促使了液滴的分离。

此外,我们还关注到整个液滴穿过细线情况下也存在着融合位置的不同。低速时液滴可以围绕着细线充分的延伸,直到两个子液滴在细线正下方融合,此时没有空腔的形成,也没有观察到气泡的出现;当液滴的速度增加后,两个子液滴形状变化会使得它们在先相互接触融合,而没有形成对细线的完全浸润,所以此时细线下方会有空腔的形成,随后坍塌形成气泡

探寻自然的奥秘一直是人类不断更新认知的重要途径,这些细微之处蕴含了大自然无穷的奥秘。本篇论文被AIP重点报道也反映了读者对自然现象的兴趣与关注。课题组一直潜心研究各种流体现象、希望通过探索其背后机制,实现认识自然最终改造自然的目标。


论文详细内容及相关评论报道参见:

https://doi.org/10.1063/1.5116845

https://doi.org/10.1063/10.0000127