张力作用下水中空化的分子机制
计算物理
2016-12-06 v2 化学物理
摘要
尽管在生物学和工程学中相关，驱动水中空化的分子机制仍未知。利用计算机模拟，我们研究了在负压强下出自亚稳态水的蒸汽泡的结构和动力学。我们发现，在空化早期阶段，气泡形状不规则，并随着生长变得更球形。然而，如果考虑表面张力的曲率依赖性，气泡形成的自由能可以在经典成核理论（CNT）框架内完美再现。将观察到的气泡动力学与宏观瑞利–普莱塞特（RP）方程（增补热涨落）的预测进行比较，表明纳米级气泡的生长受粘性力支配。将 RP 方程确定的动力学前置因子与 CNT 的自由能结合，得到了一个空化率的解析表达式，该表达式在宽压强范围内很好地再现了模拟结果。此外，我们的理论预测与从包裹实验获得的空化率非常一致。这表明在包裹中观察到均匀成核，而在其他实验中仅发生关于杂质或缺陷的非均匀成核。
引用
@article{arxiv.1606.03392,
title = {Molecular mechanism for cavitation in water under tension},
author = {Georg Menzl and Miguel A. Gonzalez and Philipp Geiger and Frédéric Caupin and Jose L. F. Abascal and Chantal Valeriani and Christoph Dellago},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.03392},
year = {2016}
}
备注
Commentary by D. Lohse and A. Prosperetti: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113(48), 13549-13550 (2016), doi:10.1073/pnas.1616271113