Leidenfrost 流：不稳定性与对称性破缺

Leidenfrost 液滴近期被发现具有强烈的动力学行为。在本研究中，我们通过实验与理论相结合，考察了从一大滩液池开始的蒸发过程中 Leidenfrost 水滴内部的流结构与稳定性。红外成像显示，液滴底部通常比其顶端高约 10$^{\circ}$C，这很可能触发体相热浮力流与 Marangoni 表面流。示踪粒子揭示了复杂且强烈的流动，其在液滴蒸发过程中经历连续的对称性破缺。我们利用单一可调参数，研究了由热浮力与有效热毛细表面应力引起的、在非变形准静态悬浮液滴中的基流线性稳定性。以液滴半径 $R$ 为参数的名义轴对称热对流流的稳定性分析，给出了最不稳定的、从而主导的方位角模态（波数为 $m$）。我们的理论很好地预测了模态转变的半径 $R$，以及随着液滴尺寸缩小而从 $m=3$、$m=2$ 降至 $m=1$（导致推进的最终滚动模态）的波数递减级联。此处未考虑逃逸蒸气的影响，其可能进一步使内部流动失稳，并与液/气界面耦合从而产生运动（Bouillant 等人 2018 [8] 与 Brandao 等人 2020 [9]）。