过饱和流体中物体的悬浮与动力学

浸入过饱和流体（如碳酸水）中的物体会在其表面聚集一层动态的气泡场。若物体可自由运动，附着的气泡可将其向上托起以抵抗重力，但流体-空气界面会清除这些升力介质，物体便可能骤然下落。该过程随后重新开始，并只要流体中的气体浓度足以支撑便会持续进行。本工作中，使用固定与自由浸入物体的实验揭示了力的发展与气体逃逸的基本特征。我们采用一个包含表面浮力场动力学的连续介质模型，预测了物体质量与尺寸以及流体性质处于何种范围时系统最为活跃，以及何种范围下物体的运动受到抑制。随后利用模拟探究由少量大气泡主导的系统。物体表面的旋转对于驱动大物体的周期性竖直运动至关重要，这反过来可产生物体摆动、滚动以及阻尼的表面“弹跳”动力学。