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物理学 > 流体动力学

arXiv:2501.05532 (physics)
[提交于 2025年1月9日 (v1) ,最后修订 2025年6月28日 (此版本, v2)]

标题: 跳还是不跳:粘附和粘性耗散决定了合并的壁附着气泡的脱离

标题: To jump or not to jump: Adhesion and viscous dissipation dictate the detachment of coalescing wall-attached bubbles

Authors:Çayan Demirkır, Rui Yang, Aleksandr Bashkatov, Vatsal Sanjay, Detlef Lohse, Dominik Krug
摘要: 气泡聚并相比浮力可以在更小的尺寸下促进气泡脱离。 这可以显著提高气体析出电化学过程的效率,例如水分解。 在本研究中,我们结合高速成像实验和直接数值模拟,分析气泡在表面上的聚并如何以及在何种条件下导致脱离。 我们的透明电极实验为接触线动力学提供了新的见解,证明在聚并过程中,气泡颈部通常不接触表面。 我们发现,聚并是否导致气泡脱离取决于表面能、粘附力和粘性耗散之间的平衡。 对于之前未探索的低有效奥内佐数(一种考虑聚并气泡之间不对称性影响的粘度度量)区域,我们确定了一个临界无量纲粘附能阈值,为释放表面能的$\approx$15%,低于此阈值时气泡通常会脱离。 我们建立了一个全局能量平衡模型,该模型成功预测了不同实验条件下的聚并结果。
摘要: Bubble coalescence can promote bubble departure at much smaller sizes compared to buoyancy. This can critically enhance the efficiency of gas-evolving electrochemical processes, such as water electrolysis. In this study, we integrate high-speed imaging experiments and direct numerical simulations to dissect how and under which conditions bubble coalescence on surfaces leads to detachment. Our transparent electrode experiments provide new insights into contact line dynamics, demonstrating that the bubble neck generally does not contact the surface during coalescence. We reveal that whether coalescence leads to bubble departure or not is determined by the balance between surface energy, adhesion forces, and viscous dissipation. For the previously unexplored regime at low effective Ohnesorge number, a measure of viscosity that incorporates the effect of asymmetry between the coalescing bubbles, we identify a critical dimensionless adhesion energy threshold of $\approx$15% of the released surface energy, below which bubbles typically detach. We develop a global energy balance model that successfully predicts coalescence outcomes across diverse experimental conditions.
主题: 流体动力学 (physics.flu-dyn) ; 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2501.05532 [physics.flu-dyn]
  (或者 arXiv:2501.05532v2 [physics.flu-dyn] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.05532
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Cayan Demirkir [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 1 月 9 日 19:11:20 UTC (8,841 KB)
[v2] 星期六, 2025 年 6 月 28 日 12:30:13 UTC (10,810 KB)
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