混和性の薄い液体層に液滴のマランゴニ駆動型の広がり

仮説：さまざまな表面緊張の液体ガス界面を備えた液滴の合体は、マランゴニ駆動型のフィルム拡散が不可欠なプロセスである自然および産業用途で一般的です。トリプルコンタクトラインのダイナミクスによって支配された不混和性のある流体とは異なり、2つの混和性のある流体間の混合は、フィルムの拡散プロセスと強くカップルを結合します。 実験：マランゴーニ駆動型のフィルムを実験的に調査し、下部の表面張力が混和性の薄い液体層に落下する液滴の現象を広めます。フィルム半径の時間的成長は、新しい深い畳み込みニューラルネットワークであるU2-net法を使用して検出されました。スケーリング分析は、フィルムの拡散ダイナミクスを解釈するために実行されました。 調査結果：フィルムの半径は、時間の経過とともに3段階のパワーロー関係を示し、指数は1/2から1/8まで変化し、1/2に戻ることがわかります。これら3つの段階で拡散するマランゴニのストレスが導き出され、粘性ストレスの2つの推定が考慮されました。粘性ストレスをマランゴーニストレスとの推定とバランスをとることにより、3段階のパワーロー関係が導出され、検証されました。

HYPOTHESIS: The coalescence of droplets with liquid-gas interfaces of different surface tensions is common in nature and industrial applications, where the Marangoni-driven film spreading is an essential process. Unlike immiscible fluids governed by triple contact line dynamics, the mixing between two miscible fluids strongly couples with the film spreading process, which are expected to manifest distinct power-law relations for the temporal increase in the film radius. EXPERIMENTS: We experimentally investigate the Marangoni-driven film spreading phenomenon for a droplet with lower surface tension dropping onto a miscible, thin liquid layer. The temporal growth of the film radius was detected by using a novel deep convolutional neural network, the U2-net method. Scaling analysis was performed to interpret the spreading dynamics of the film. FINDINGS: We find that the film radius exhibits a three-stage power-law relation over time, with the exponent varying from 1/2 to 1/8, and back to 1/2. The diffusion-affected Marangoni stresses in these three stages were derived, and two estimations of viscous stress were considered. Through estimating and balancing the viscous stress with the Marangoni stress, the three-stage power-law relation was derived and validated.