剪切诱导胶体分散系中液滴的破裂

我们展示了剪切流下被液滴包裹的一对胶体粒子破裂的数值结果。采用平滑剖面法精确计入了由于主体流体引起的粒子间的流体动力学相互作用。我们观察到，液滴破裂时的临界毛细管数 $Ca_{\rm B}$ 取决于速度比 $E$，该比值定义为恢复液滴球形形状的边界移动速度与以粒子半径 $a$ 为单位的扩散通量速度之比。对于 $E < 10$，$Ca_{B}$ 与 $E$ 无关，这与 Taylor 研究的机制一致。当 $E > 10$ 时，$Ca_{B}$ 表现为 $Ca_{\rm B} = 2E^{-1}$，这证实了 Karam 和 Bellinger 的假设。因此，当液滴变形的时间尺度 $\dot{\gamma}^{-1}$ 小于以 $a$ 为单位的扩散时间尺度 $t_{D} \equiv a^{2}/L\tau$ 时，液滴将发生破裂，其中 $L$ 是扩散常数，$\tau$ 是二元混合物 Ginzburg-Landau 型自由能的二阶系数。我们要强调的是，分散粒子液滴的破裂不仅由力平衡决定。我们发现速度竞争是重要的贡献因素之一。