法国团队揭示液滴融合微秒级机制

发布时间:2026-03-20 20:22  点击:1次

法国科研界在流体力学基础领域取得重要突破。由法国国家科学研究中心(CNRS)与洛林大学联合组成的LRGP实验室团队,成功构建并验证了一种新型数值模拟模型。该研究首次以无与伦比的空间和时间分辨率,捕捉到了液滴接触液面瞬间的融合过程,相关成果已发表于流体力学**期刊《Physics of Fluids》。

液滴融合现象在工业生产中至关重要,广泛应用于乳液与泡沫制造、双液化学反应以及液滴冲击储罐等场景。然而,由于该现象在初始阶段发生的时间极短、尺度极小,传统实验手段难以捕捉其细节。相比之下,数值模拟能够揭示实验无法触及的微观信息,成为研究这一过程的关键工具。

研究团队针对牛顿流体(如蒸馏水)和粘弹性流体(如聚合物水溶液)两种介质,耦合了统计物理模型(格子玻尔兹曼方法)与粘弹性流变模型(Oldroyd-B模型),实现了对融合过程的高精度复现。为验证模型可靠性,团队创新性地采用了三种实验技术:实验室自主研发的电导率测量法可追踪融合区在微秒级的演变;每秒10万帧的超高速摄像机直观记录动态过程;结合实验室开发的微粒子图像测速技术(μ-PIV),精准分析了融合过程中的流体速度场分布。

实验数据与模拟结果高度吻合,空间分辨率达到5.2微米,时间分辨率高达0.8微秒。研究发现,无论是牛顿流体还是粘弹性流体,在融合发生的最初几微秒内,融合宽度随时间呈线性增长,随后遵循t的1/2次方规律变化。这一发现不仅深化了对流体界面动力学的理解,更为工业应用提供了直接指导。

该成果有望推动多个行业的技术革新:在化妆品行业,通过抑制液滴融合可提升乳液稳定性;在石油工业中,则可通过促进融合加速油水分离。目前,LRGP实验室已在这两个领域开展合作,并正着手研究涉及油相的液滴融合新课题。对于中国相关行业的从业者而言,这种将微观机理研究与宏观工业应用紧密结合的科研范式,值得在乳化技术优化及分离工艺升级中深入借鉴,以推动基础理论向实际生产力的转化。

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