薄液膜的长尺度演化

Alexander Oron、Stephen H.Davis和S.George Bankoff
修订版Mod。物理学。69,931–1997年7月1日出版

摘要

宏观液体薄膜是生物物理、物理、工程以及自然环境中重要的实体。它们可以由水或油等常见液体、聚合物溶液或熔体等流变学复杂材料或相或组分的复杂混合物组成。当薄膜受到各种机械、热或结构因素的作用时,它们显示出有趣的动力学现象,例如波传播、波陡峭和混沌响应的发展。这种胶片可以显示破裂现象,产生孔洞、前额扩张和手指发育。在这篇综述中,提出了一种统一的数学理论,它利用了长度尺度的差异,并基于将全套控制方程和边界条件简化为简化的高度非线性演化方程或方程组的渐进过程。由于这一长波理论,获得了一个数学系统,该系统不具有原始自由边界问题的数学复杂性,但保留了其物理的许多重要特征。解释了长波理论的基础。此外,如果流动的雷诺数不太大,可以与雷诺润滑理论进行类比。然后导出了一般非线性演化方程,并考虑了各种特殊情况。每种情况都包含对基态解的线性稳定性特性和界面的非线性时空演化(以及其他标量变量,如温度或溶质浓度)的讨论。首先研究了简化为单个高度非线性演化方程的情况。这些包括:(a)具有恒定界面剪切应力和恒定表面张力的薄膜;(b)仅具有恒定表面张力和重力的薄膜具有与温度相关的物理性质的薄膜,(f)蒸发/冷凝薄膜,(g)厚衬底上的膜,(h)水平圆柱体上的膜和(i)旋转圆盘上的膜。然后研究了具有碱态溶液空间依赖性的薄膜的动力学。其中包括液固边界温度或热流密度不均匀的例子。下一步将考虑简化为一组非线性发展方程的问题。这些包括(a)自由液膜的动力学,(b)具有界面粘度的束缚膜,以及(c)束缚膜和自由膜中可溶性和不溶性表面活性剂的动力学。然后讨论了液滴在固体表面上的扩散和移动接触线,包括热质传输和范德瓦尔斯引力的影响。文中还简要讨论了一些相关主题,如降膜和降片以及海勒-肖流。讨论的结果为开展细致的实验提供了动力,这些实验可用于测试理论和展示新现象。

    内政部:https://doi.org/10.103/RevModPhys.69.931

    ©1997美国物理学会

    作者和附属机构

    亚历山大·奥隆

    • 以色列海法工业学院机械工程系,邮编32000

    斯蒂芬·戴维斯

    • 伊利诺伊州埃文斯顿西北大学罗伯特·麦考密克工程与应用科学学院工程科学与应用数学系,邮编:60208

    S.George Bankoff公司

    • 伊利诺伊州埃文斯顿西北大学罗伯特·麦考密克工程与应用科学学院化学工程系,邮编:60208

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    第69卷,第。1997年7月3日至9月

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