静止二元混合物液滴蒸发循环：相变过程中的马兰戈尼效应与浮力效应

《Langmuir》：Sessile Binary Mixture Droplet Evaporation Cycle: Marangoni and Buoyancy Effects in Phase Transition

本研究构建固定二元液滴蒸发的数值模型，分析选择性蒸发、Marangoni效应及浮力作用对流动的影响，揭示多涡旋到对称涡的过渡机制及临界条件Gr=1，为均匀沉积控制提供理论依据。

　　

二元混合物液滴（BMD）的蒸发是自然界中一种基本的物理现象，在喷墨打印、喷雾涂层、医学诊断中的微流控技术、表面冷却以及清洁过程中都有广泛的应用。本研究建立了静止状态下BMD的数值模型，以阐释选择性蒸发、马朗戈尼效应（Marangoni effects）和浮力效应以及连续介质补偿流动（continuum-compensated flow）在液滴蒸发过程中的影响，并阐述了动态流动发展的特征和评估标准。最初，由马朗戈尼不稳定性驱动的流动（MIF）源于热效应与溶质效应之间的竞争，随后形成多涡旋的混沌流动。随着蒸发的进行，液滴逐渐稳定为内部轴对称的涡旋结构。当大部分乙醇蒸发完毕后，毛细作用成为主导力量，促使液滴向外径向流动，这一过程与纯水液滴相似。液滴的转变过程受两个无量纲参数的控制：当无量纲数Mg_s/Pe达到某个值时，马朗戈尼效应迅速减弱，液滴从混沌流动转变为轴对称涡旋状态；而当无量纲数Gr等于1时，液滴则从轴对称涡旋状态转变为毛细流动状态。原则上，通过调控溶质驱动的流动过程，可以抑制“咖啡环效应”（coffee-ring phenomenon），从而实现更均匀的沉积效果。