底层基底中声表面波驱动的油滴动力学建模
流体动力学
2025-10-07 v4
摘要
我们在仿真和实验的支持下，对底层固体基底中 MHz 频率声表面波 (SAW) 激励下硅油滴的铺展进行了理论研究。我们的含时理论模型采用长波方法，并考虑了流体动力学与声学驱动之间的相互作用。虽然类似的方法已经分析了 SAW 激励下微米级油和水膜的动力学，但声学强迫此前被与边界层流动（特别是 Schlichting 流和 Rayleigh 流）以及声辐射压力联系起来。对于本研究中的宏观液滴，声学强迫源于液滴下方 SAW 泄漏的声场强度变化引起的液体中 Reynolds 应力变化，以及泄漏波的粘性耗散。在这种情况下，Schlichting 流和 Rayleigh 流的贡献可以忽略不计。实验和仿真均表明，在油滴发生变形以适应声学应力的初始阶段之后，它会加速，随时间达到近乎恒定的速度，并留下一层薄的润湿层。我们的模型表明，液滴的稳态速度源于其主体的准稳态形状。液滴速度取决于液滴大小和 SAW 强度。通过一个简化的行波型模型，进一步阐明了其稳态形状和速度，该模型突出了各种物理效应。尽管实验与理论在液滴速度上的一致性是定性的，但结果关于 SAW 振幅变化的趋势表明，该模型真实地纳入了驱动液滴动力学的主要物理效应。
关键词
引用
@article{arxiv.2312.12367,
title = {Modeling the dynamics of an oil drop driven by a surface acoustic wave in the underlying substrate},
author = {M. Fasano and Y. Li and J. A. Diez and J. D'Addesa and O. Manor and L. J. Cummings and L. Kondic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.12367},
year = {2025}
}