自由表面对空化气泡溃灭驱动液滴破裂的增强
流体动力学
2026-04-08 v1
摘要
空化气泡与周围液滴之间的相互作用在表面清洗、超声乳化和治疗递送等应用中扮演核心角色。这些过程依赖于气泡驱动的微射流所引起的液滴变形与破裂，而几何约束对其有显著影响。本研究考察了薄水层中空化气泡与油滴之间的流体动力学相互作用，考虑了自由表面与刚性壁面的耦合约束。我们揭示了液滴对空化气泡溃灭的两种不同响应模式：破裂模式（油滴碎裂为小液滴）和未破裂模式（液滴保持完整）。通过推导一个无量纲基尔冲量来表示气泡诱导射流的动量，我们首次建立了将液滴破裂判据与特征韦伯数及气泡-液滴尺寸比关联起来的标度律。该框架不仅界定了破裂边界，还能预测由空化气泡驱动的含颗粒液滴的破裂。我们的发现揭示了空化气泡驱动液滴破裂背后的流体动力学原理，并为工程和生物医学系统中空化气泡动力学的性能控制提供了预测性判据。
引用
@article{arxiv.2604.06121,
title = {Free Surface Enhancement of Droplet Rupture by Cavitation Bubble Collapse},
author = {Chenghao Xu and Zhengyu Yang and Jie Feng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.06121},
year = {2026}
}