跨越降雨形成的瓶颈

在重力作用下，二元流体混合物的分离是一个两阶段过程。最初，液滴或一般的聚集体通过从体相中收集过饱和度而扩散生长。随后，当液滴生长到其佩克莱特数约为1的尺寸时，浮力显著增强了液滴的生长。动力学趋近于一个有限时间奇点，此时液滴通过沉淀从系统中移除。这两个生长阶段由一个液滴生长最小的瓶颈分隔开。在此，我们提出了一个低维模型，用于处理跨越该瓶颈所需的时间跨度，并由此确定了从初始液滴生长到降雨的时间Δt。我们的预测忠实地捕捉了Δt对液滴体积分数ξ的斜坡速率、液滴数密度、界面张力、质量扩散系数、共存相的质量密度对比以及体相粘度的依赖性。我们展示了在甲醇/己烷和异丁氧基乙醇/水混合物中，观测结果与预测的一致性，在这些混合物中我们确定了在广泛的斜坡速率ξ和温度范围内的Δt。非常好的定量一致性表明，对于二元混合物，考虑以下两点就足够了：(i) 通过扩散吸积来弛豫过饱和度的液滴生长，以及(ii) 通过沉降液滴的碰撞而生长。所得模型的解析解提供了Δt对斜坡速率和材料常数依赖性的定量描述。本文还讨论了该模型的扩展，这些扩展将允许在其他环境中对Δt进行定量预测。