When bubbles bounce or stick

X.Y. Zhang

doi:10.1038/s41467-026-70921-2

When bubbles bounce or stick

2026-03-20

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AI

DOI：10.1038/s41467-026-70921-2

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气泡与固体表面的碰撞在自然和工业背景下均至关重要，其应用范围从生物反应器中的气体吸收到海洋气溶胶的产生。尽管这种现象普遍存在，但支配反弹动力学的物理准则仍未得到解决。在此，我们通过实验和模拟，在伽利略数（Ga）-邦德数（Bo）空间中绘制了上升气泡撞击壁面的相图，揭示了四种动态模式：完全反弹、欠阻尼非反弹、过阻尼非反弹和破裂。我们发现，反弹行为同时受Ga和Bo共同调控，而欠阻尼动力学则仅取决于Ga。初始上升距离仅在小于五个气泡半径时调节模式转变，而在高Ga和Bo区域，较长的上升距离会促进气泡破裂并抑制反弹。我们开发了一个统一的二质量-弹簧-阻尼器模型，定量匹配了完整的反弹和阻尼粘附模式，并通过能量耗散分析解释了微重力和低粘度流体中反弹抑制现象。本研究提供了一个统一的框架，阐明了气泡碰撞动力学的支配机制，为化学工程、生物医学和环境流动等领域的应用提供了设计原则。气泡-壁面碰撞表现出多种模式，包括反弹、阻尼粘附和破裂。在此，作者提出的一个统一的二质量-弹簧-阻尼器模型解释了支配物理原理，并为气泡碰撞过程提供了设计原则。

Keyword:

Chemical engineering

Mechanical engineering

Science

Humanities and Social Sciences

multidisciplinary

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