PRF：聲懸浮條件下液滴凝並過程的各向異性

海歸學者發起的公益學術平臺

分享資訊，整合資源

交流學術，偶爾風月

液滴的凝並是生產生活中一種常見的現象，例如雨滴在下落過程中因碰撞而合併、油滴在水中自發聚集以及清晨葉片上露珠的形成等。在工業領域，液滴凝並同樣具有重要的應用價值。

例如，在石油工業中，原油乳化液的破乳過程依賴於油滴或水滴的凝並，以實現油水分離；在食品和製藥行業，噴霧乾燥工藝中液滴的凝並行為直接影響最終產品的粒徑分佈和質量。乳液中液滴的凝並過程包括分散相液滴與體相之間連續薄膜的排液及其最終破裂。薄膜破裂後，液滴之間形成液橋並迅速擴充套件。因此，液滴凝並動力學也通常由液橋生長動力學來描述。相關領域的早期研究主要集中在體相流體中不混溶的液滴之間的凝並，而聲懸浮作為一種無容器技術，可以非接觸地操縱液滴的凝並，觸發液滴之間的反應、實現細胞融合，為液滴凝並研究開闢了新的道路，對微流體操縱具有一定的借鑑價值。

西北工業大學臧渡洋教授團隊研究了聲懸浮條件下液滴的凝並過程，發現了液橋生長動力學顯示出各向異性的特徵。相關研究成果以“Version-Anisotropic growth dynamics of liquid bridge during droplet
coalescence under acoustic levitation”為題發表於Physical Review Fluids.

該工作系統研究了聲懸浮條件下凝並過程中液橋尺度隨時間演化的標度率關係。發現液橋的生長仍然遵循

，標度率的指數項數值對聲場強度不敏感，這表明液橋的生長主要由慣性力控制。然而，標度前因子會隨著液橋的縱橫比變化，其明顯受到聲場強度和液滴表面張力的共同影響。對聲輻射壓力分佈進行模擬顯示，在液橋表面上存在不均勻的受力模式：極點處的壓力為正，而赤道處的壓力為負，這導致液橋在更大的縱橫比下發生變形。

引入了無量綱數：Acoustic-capillary
dynamics Number (

)，量化Laplace壓與聲輻射壓對液橋生長過程中的作用對比。在早期階段，液橋較小的水平曲率半徑產生了更高的Laplace壓，成為液橋生長的主要驅動力，並促進了液橋橫向擴充套件；而較大的垂直曲率半徑限制了垂直方向的生長。這表明，儘管聲輻射壓力並不是液橋生長的直接驅動力，但其可能透過改變液橋頸部的曲率間接影響液橋的生長，從而影響Laplace壓分佈並加強生長各向異性。

這種對聲場條件下液橋生長動力學各向異性的新理解，表明透過調節聲場可以控制凝並液滴的形狀和液橋生長行為，為生物、化學和材料等領域的非接觸操作和液滴混合研究提供了新的思路。