浮力驱动的活性液滴吸引

人们认为液体中的活性油滴由于马兰戈尼效应而相互排斥，而由液滴、扩散产物和周围流体之间的密度差引起的浮力效应通常被忽略。最近的实验观察到由于浮力驱动对流导致的活性液滴聚集现象（Kruger et al. Eur. Phys. J. E, vol. 39, 2016, pp.1-9）。在本研究中，我们数值分析了除马兰戈尼流之外的浮力效应，其特征由佩克莱数$Pe$表征。浮力效应源于（i）液滴与周围液体之间的密度差，由伽利略数$Ga$表征，以及（ii）扩散产物（即填充胶束）与周围液体之间的密度差，由溶质瑞利数$Ra$表征。我们分析了吸引和排斥行为如何依赖于控制参数$Pe$、$Ga$和$Ra$。我们发现，虽然马兰戈尼流导致排斥，但浮力效应导致吸引，并且在高的$Ra$下甚至可能发生碰撞。我们还观察到随着$Ga$增加，碰撞延迟。此外，我们推导出吸引速度（由雷诺数$Re_d$表征）正比于$Ra^{1/4}/(l/R)$，其中$l/R$是相邻液滴之间的归一化距离（以半径为单位）。最后，我们得到排斥速度（由$Re_{rep}$表征）正比于$PeRa^{-0.38}$。吸引和排斥效应的平衡导致$Pe \sim Ra^{0.63}$，这与有碰撞和无碰撞区域之间的转变曲线一致。