表面活性剂覆蓋的致密介質滴漂浮電動力學的非線性現象
流体动力学
2026-02-04 v1
摘要
本文提出一种用于浓稠单层不可溶性非极性表面活性剂覆蓋的致密介质滴在均匀直流电场下的非线性三维小变形理论。该理论基于Taylor-Melcher致密介质模型构建，延续了前期工作，保留了表面电荷在电荷守恒方程中的对流项。通过三维求解问题并保留电荷对流，可捕捉到Quincke旋转的转变——即当施加电场强度超过临界值后，滴体开始以恒定角速度旋转的对称性破坏不稳定性。我们推导出关于滴体形状、偶极矩和表面活性剂分布的耦合非线性常微分方程组，并对其进行数值求解。我们讨论了在Taylor区间（即电场强度不足以引发Quincke旋转，滴体采取轴对称椭球形）中电荷对流与表面活性剂的综合作用。在Quincke区间，我们发现带有弱扩散表面活性剂的滴体，其临界电场强度低于表面活性剂覆盖均匀的滴体。改变弹性数（用于量化表面张力随表面活性剂浓度变化的程度）时，临界场强的大小取决于表面活性剂的扩散率——当扩散率较小时可增大或减小临界场强。此外，我们发现当表面活性剂扩散足够弱时，实验观察到的滴体角速度滞后现象可能会消失。
引用
@article{arxiv.2602.02971,
title = {Nonlinear electrohydrodynamics of a surfactant-laden leaky dielectric drop},
author = {Michael A. McDougall and Stephen K. Wilson and Debasish Das},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.02971},
year = {2026}
}