有引力场下的液-气系统相分离

在外部力作用下的相分离现象自早期固体混合物的工作引起了广泛关注。尽管如此，仅有极少数研究考虑液-气系统在重力作用下的分离过程。本文提出了一项广泛研究，考虑了流体力学和重力效应对 coarsening 动力学的影响。采用 van der Waals 状态方程的等温 lattice Boltzmann 模型用于液-气系统。在无重力情况下，域的生长遵循指数为 $2/3$ 的幂律，在惯性 regime 中。外部力深刻影响所观察到的形貌，加速域的 coarsening 并使液体在系统底部积聚。沿力的方向，生长指数随重力强度而增加，仍保持锋利的界面，因为验证了 Porod 定律。平均层厚度 $L$ 在约束壁面处积聚材料的时间演化显示，从初始 regime 开始 $L \simeq t^{2/3}$（$t$: 时间）到后期时期 $L \simeq g t^{5/3}$，其中 $g$ 为重力加速度。最终稳态由两层重叠的液体和汽气组成，显示出与理论预测一致的密度轮廓。