毛细管中二元液体的蒸发

受限几何结构（如毛细管）中多组分液体混合物的蒸发在微流控、两相冷却装置和喷墨打印等应用中至关重要。预测此类系统的行为变得具有挑战性，因为蒸发引发了混合物组成复杂的时空变化。这些组成变化反过来又影响蒸发。在本工作中，我们研究了作为液柱容纳于毛细管中的甘油水溶液的蒸发。实验和直接数值模拟显示了三种蒸发模态，其特征是归一化传质速率（或Sherwood数，$Sh$）的不同时间演化，即$Sh (\tilde{t}) = 1$、$Sh \sim 1/\sqrt{\tilde{t}}$和$Sh \sim \exp\left(-\tilde{t}\right)$。这里$\tilde{t}$为归一化时间。我们提出了一个简化解析模型，表明蒸发动力学可由经典关系$Sh = \exp \left( \tilde{t} \right) \mathrm{erfc} \left( \sqrt{\tilde{t}}\right)$表示。对于小和中等$\tilde{t}$，该表达式分别给出所观察到的三种标度模态中的第一种和第二种。该解析模型在纯扩散极限下建立，且当扩散前缘的穿透深度$\delta(t)$远小于液柱长度$L(t)$时成立。当$\delta \approx L$时，有限长度效应导致$Sh \sim \exp\left(-\tilde{t}\right)$，即第三种模态。最后，我们将解析模型推广以纳入平流效应，并确定了该效应重要的条件。我们的结果对多组分液柱选择性蒸发的物理机制提供了基础性见解。