含刚性压实体层的颗粒悬浮液单向冻结中非线性界面动力学的预测
材料科学
2023-08-16 v4 流体动力学
摘要
颗粒悬浮液中的水冻结广泛存在于自然界中。作为自由边界问题的典型物理系统，固/液界面的时空演化不仅源于相变，也源于冰前方渗流。先前研究已提出物理模型来描述颗粒悬浮液单向冻结中的界面动力学行为。然而，在以往致力于描述颗粒悬浮液单向冻结时空演化的研究中，若干物理参数难以确定。本文基于基本动量定理，提出一个一致的理论框架来处理耦合水渗流效应的颗粒悬浮液单向冻结过程。基于表面张力推导了作用于具有特定公式的压实体层上的界面过冷依赖推力。随后考虑并分析了动态压实体层。非线性模型的数值解揭示了系统动力学对一些典型物理参数（颗粒半径、悬浮液初始颗粒浓度、冻结速度等）的依赖性。系统动力学由作为时间函数的界面速度、界面过冷和界面回弹表征。这些模型使我们能够以更简单而新颖的方式重新思考颗粒悬浮液冻结中冰矛的形成机制，不仅对理解与控制多孔介质中的冰形成，也对其他复杂系统中的结晶过程具有潜在意义。
引用
@article{arxiv.2111.08254,
title = {Prediction of nonlinear interface dynamics in the unidirectional freezing of particle suspensions with rigid compacted layer},
author = {Tongxin Zhang and Zhijun Wang and Lilin Wang and Junjie Li and Jincheng Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.08254},
year = {2023}
}