受限主动液滴周围的流场

我们在此利用三维共焦 PIV 首次对游动水滴周围的流场进行了实验测量。该液滴的密度大于连续油相，并在靠近且平行于底壁处游动。首先对测得的流场进行定量表征，并将其与无界流场中轴对称游动体所获得的流场进行比较。我们观察到了重要的定性差异，特别是在平行于壁面的平面中出现了强烈的各向同性径向流场。这些根本性差异凸显了受限环境对游动液滴周围流场的临界影响。随后，我们提出了一种解析表述，该表述基于将游动液滴简化为基本流体动力学奇点以及经典的镜像法。该模型能够精确考虑壁面效应，并将流场简化描述为轴对称偶极子和四极子奇点的叠加。我们证明，这种简化描述能够定量捕捉壁面对流场偶极和四极分量的影响。通过进一步纳入由受限环境引起的、负责液滴 Marangoni 推进的浓度场不对称性，我们的模型也能够解释实验流场中的单极子贡献，该贡献主导了液滴的远场特征。