供稿：陳曉東 編輯：楊麗靜
近期，伟德客户端力學系陳曉東特别研究員在流體力學頂級期刊 Journal of Fluid Mechanics (JFM)上發表了題為“Confinements Regulate Capillary Instabilities of Fluid Threads”的研究論文。該論文由陳曉東特别研究員（第一作者）、浙江大學工程力學系胡國慶教授（通訊作者）及其博士生薛春東共同完成，伟德客户端為第一單位。
圖. 典型受限絲狀流體的斷裂過程（數值模拟結果的光線跟蹤渲染）
絲狀流體斷裂(fluid thread breakup)是自然界、工業界和日常生活中的常見現象。例如，從花灑噴出的柱狀水流在空氣中失穩而斷裂成水滴。不同的是，受限空間中的絲狀流體通常是穩定的。例如，靜脈輸液管道中的長氣泡随液體緩慢運動時可保持其形狀。受限空間中絲狀流體斷裂現象也存在于多個工業過程中，包括強化原油采收(enhanced oil recovery)中孔隙尺度界面流動、液滴微流控(droplet-based microfluidics)裝置中的微液滴産生過程等。壁面和流動的限制作用一直被認為是受限空間中絲狀流體斷裂區别于自由空間中液絲斷裂的特點，但限制作用對斷裂過程的具體影響并不清楚，以往研究中關于低流速下受限絲狀流體斷裂起源的觀點相互矛盾，成為困惑相關研究領域研究人員難題。
為解決這一流體力學難題，研究人員設計制造出具有圓截面通道的微流控芯片，使受限液絲在極低的流速下斷裂，進而單獨研究界面張力在受限絲狀流體斷裂過程中的效應。研究采用基于流動停止(stop-flow)方法的高速攝影實驗和直接數值模拟，獲得了不同受限條件下的臨界斷裂幾何條件。結合定量理論分析，揭示受限絲狀流體斷裂的兩種毛細不穩定性機理：一種是由限制作用引起的毛細壓力梯度，另一種是由限制作用決定的毛細壓力與内部壓力之間的競争。經研究所證實的兩個毛細不穩定性機理不僅揭示了低流速下受限絲狀流體斷裂的起源，而且還可用于指導新型液滴微流控的設計，提高液滴/氣泡生成的效率和精度。該工作得到了國家自然科學基金和伟德客户端青年教師啟動基金的支持。
【論文鍊接】
https://doi.org/10.1017/jfm.2019.426
【第一作者簡介】
陳曉東特别研究員，2018年1月加入伟德客户端力學系，長期從事微尺度多相流動問題的研究，以直接數值模拟、高速顯微攝影和量化理論分析相結合的研究方法，瞄準微尺度多相流的基礎理論與應用技術開展基礎研究，并緻力于推進流體力學在生物醫學中的應用。研究方向主要包括以下3個方面：(1) 拓撲導向網格加密及界面流動機理；(2) 液滴相互作用模式及預測模型；(3) 微尺度離散相遷移及輸運規律。研究成果還發表在Journal of Computational Physics、Physics of Fluids、Physical Review Applied、Advanced Science、Lab on a Chip、Analytical Chemistry等流體力學學科和交叉學科權威學術期刊上。作為負責人承擔了國家自然科學基金青年科學基金項目、國家自然科學基金面上項目、北京市科技新星計劃交叉學科合作課題等。
（審核：胡更開）
