受限 sessile 液滴的普适溶解动力学

我们通过实验研究了在不可渗透垂直约束影响下，微尺度 sessile 酒精液滴在水中的溶解。与非受限情况相比，引入约束抑制了液滴向主体介质的质量传输。结合浮力羽流，流动可视化揭示了一个新识别的机制——悬浮环形涡——阻碍了受限液滴的溶解。由涡诱导阻碍引起的流动形态变化改变了溶解速率，导致液滴寿命延长。进一步，基于液滴周围环境线性分层（修正浓度差 $\Delta C^{'}$）的假设，并考虑约束的几何形状，我们提出了关键无量纲参数（表征浮力的 Rayleigh 数 $Ra^{'}$ 和表征质量通量的 Sherwood 数 $Sh^{'}$）以及液滴寿命 $\tau_{c}^{'}$ 的修正。我们表明，垂直约束下液滴溶解的实验结果印证了普适标度关系 $Sh^{'} \sim Ra^{' 1/4}$ 和 $\tau_{c}^{'} \sim \Delta C^{'-5/4}$。我们还指出，本工作提出的包含约束几何的修正标度律可推广至其他已知构型，例如一系列通道尺寸内的液滴溶解，正如微流控技术和生物医学工程中众多应用所遇到的那样。