水滴的案例
Spring-ICE 結冰算法述評-（2）水滴軌跡計算
要回答這個問題，首先我們要搞清楚水滴的計算是兩相流的問題，水滴自身的慣性使得它不會完全按照流線運動，也就是說，水滴的運動對流場是敏感的，但是不是我們想象中那么敏感，這就給我們的流場計算留出了裕度。另外一個方面，冰形的冰角位置和水滴收集量大的地方不是絕對的對應，因為水滴在翼面上會流動，這個流動對冰角位置的影響是很大的，而這個流動由結冰熱力學方程確定的。也就說，即便前面流場的計算存在一定的誤差，導致水滴的運動出現一定的偏差，但是最后的結冰熱力學計算，可以把冰角的位置修正過來。
這個對我很有啟發，作為一個涉及多個學科的平臺開發，在能不能算的準的問題上，一定要首先考慮好，最后的結果有沒有兜底的修正項，找到這個兜底的，前面遇到一些影響效率的東西或者很復雜的東西，可以適當舍棄。
3 水滴狀態的判斷
水滴狀態無外乎三種：
（1）處于運動區；
（2）沖出設定區域；
（3）撞到翼面。
前兩種狀態容易判斷，關鍵是如何判斷水滴撞到的翼面。這個說起來也很容易，用到的是初中的代數知識。只要連接水滴當前位置和上一個時間的位置，和翼面各段逐個求交，有交點的就是撞到了。如果撞到了，還要給出來撞到的位置。
4 算法設計
程序的設計結構如下：
（1）初始條件定義。水滴的初始位置，不能太遠，不能太近。遠了，計算效率低；近了，算的不準。具體多少，看你經驗了，多試幾次看看。
（2）當前水滴位置的流場速度計算；
（3）求解水滴運動方程，得到水滴在當前時間間隔內運動的距離，然后更新水滴位置；
（4）判斷水滴狀態，如果沖出防線，或者撞到翼面，停止計算；
（5）如果處于運動狀態，重復步驟（2）-（4）。
需要注意的是，時間推進求解水滴軌跡，理論上時間間隔越小，肯定越準，但是呢這就意味著算的慢。
展開 基于GROMACS的納米水滴蒸發分子模擬
首先創建3*3*3nm的水盒子：
gmx solvate -box 3 3 3 -o waterbox.gro
增大盒子的尺寸，往外擴展出真空區域
gmx editconf -f waterbox.gro -o newbox.gro -box 10 10 10
創建的初始納米水滴模型如圖1所示：
圖1 初始納米水滴模型
三、模擬結果分析
先對初始納米水滴進行常溫下300ps的平衡模擬，可以發現，由于表面張力的作用，納米水滴變成了球形，如圖2所示。
圖2 納米水滴常溫平衡模擬
對常溫平衡后的納米水球進行450 K高溫下的蒸發模擬（圖三），可以看到，隨著模擬的進行，大的水球逐漸被分裂為一個個小的水團簇，說明水的蒸發過程正在進行。
圖3 納米水滴高溫蒸發模擬
我們可以進一步使用clustsize命令分析軌跡，統計軌跡中原子或分子團簇出現的情況。默認情況下，只要原子間距離小于3.5埃（數值可以用-cut設定），就被認為處于同一個簇中。如圖4所示，隨著初始水球的逐漸蒸發，最大的簇中所含的分子數逐漸減小。
圖4 最大的簇所含分子數隨時間的變化
四、納米水滴蒸發的模擬應用
納米材料的制備與應用：納米水滴的蒸發過程在納米材料的制備中起著關鍵作用。例如，納米粒子在液滴蒸發過程中凝聚，可以形成薄膜或納米結構。因此，研究納米水滴的蒸發行為對于設計和控制納米粒子的合成過程至關重要。
涂層技術與微納尺度設備：納米水滴蒸發在涂層技術中具有廣泛的應用，尤其是在液滴印刷技術、表面涂層等領域。通過模擬不同條件下的蒸發過程，研究人員可以預測并優化涂層的質量和均勻性。
熱傳導與界面現象研究：納米尺度下的水滴蒸發過程與熱傳導、氣液界面的相互作用密切相關。
展開 Spring-ICE 結冰算法述評-（3）水滴收集量計算
同樣的，思路很清晰，搞起來卻不容易
2 水滴收集量算法設計的三種思路
我們再發射水滴前，是不確定這個水滴具體撞擊位置的，因此無法正面直接確定壁面節點對應的水都軌跡。
思路一：二分法
具備基礎高等數學的都知道這個方法。二分法是最基礎的數值迭代方法，通過不斷試錯二分迭代，逼近結果。
應用到我們這個問題上，就是預設一個大的水滴撞擊范圍，發射兩條水滴，然后根據撞擊結果，不斷調整發射區間直至我們設定的誤差范圍。下面這個圖就是基于該思路求解整個壁面撞擊上限水滴逼近結果。
二分法的優點就是精度高，缺點就是效率低，每個單元逐個求解過來，總共可能要計算數百條軌跡。
思路二：粗略估算法
還有個思路更簡單的辦法，就是一次計算一定水量的水滴數（比如200條），然后看每個單元打中幾條，通過比例粗略計算水滴收集量。
這個方法程序設計比較簡單，但是效率低，精度差。在實際計算時候，有大量區域沒有撞擊到水滴，水滴撞擊個數在翼面的分布呈現極大的不連續性，因此即便是按比例插值，事先還是要做濾波處理，幾次插值下來，精度根本就保證不了了。
思路三：高效高精度插值法
說到這，大家也都看出來了，水滴收集量的計算想做的漂亮，就是要同時保證計算精度和效率。那么搞出一個高精度高效率的插值方法，將變得非常關鍵。
上海交大搞了一種所謂兩級插值法，說白了，一級插值是在遠場計算少量水滴，離壁面近了以后，認為還有一個水滴和當前水滴距離比較近，通過徑向基函數插值出其遠場軌跡，在正常計算其撞擊壁面的過程。第二級插值，還是我上面說的，根據撞擊個數插值收集量，只不過還是用所謂徑向基函數。這個方法呢，怎么說呢，比較繞，寫論文會比較好看。
一般來說，我個人的研究品味還是傾向于有樸素設計思想的方法，簡單直接，又意想不到。
展開 MIT的水滴成精了！不用試管自己就能做實驗！(轉載）
在電影中，每次看到控制水滴的鏡頭，都十分驚艷！
雖然知道這是電影，但是不知道什么時候我們也有控制水滴的這種能力呢？不用著急MIT就已經邁出了這一步，他們研究出了一種”可編程水滴“。
可編程水滴？理解下字面意思，難道是寫段代碼控制水滴嗎？
這背后的控制者其實還是程序，而水滴卻會精準的執行命令，
比如像賽車一樣漂移繞圈，
保持相同的軌跡高速追逐，
或者齊心協力，
將花瓣折疊起來。
相互撞擊后還不會產生濺射，
反而能成功合體。
雖然遠遠達不到電影中魔幻的程度，
但水滴就像擁有了智慧，
可以在“棋盤”上靈活滑動、
吞噬、按照人類意愿行動。
看到這里你一定會好奇，人類到底是如何征服他們的？其實答案就在“棋盤”上！這個“棋盤”是一套以電潤濕技術
為核心制作的水滴操控器。
電濕潤又是啥呢？說白了就是用電壓來控制液體與固體的接觸角。
當接觸角越小代表固體越親水。相反，角度越大也就越疏水。
而電濕潤就是調節水滴疏水程度的手段，通過電壓來改變接觸角大小，使液滴發生形變、位移。
電壓越大，接觸角越小，通過大-小-大-小的改變，讓水滴像毛毛蟲一樣移動，這樣水滴就會動起來了。
而MIT的研究，就是改良固體表面，使其能夠更好的通過電壓來控制水滴流動。一張薄薄的的面板，就可以控制水滴了！
當然驅動不同的液滴需要相應的電壓，摻雜了墨水的水滴就需要大約95到200伏之間的電壓。
而輸入編程代碼指令之后，水滴就會像機器人一樣執行命令了。
可是控制水滴到底能干些什么呢？
簡單的說，還是讓人可以變得更懶。因為科學家們雖然智商很高，但是越是做精準地實驗所需要的時間和成本就越高。
比如，在美國進行一次簡單的血液融合測試，成本就要花費1500美元。
展開 
高速的風，把火車吹成了水滴的形狀
水滴雖好，但只能盡量靠近，卻很難達到。本期就到這兒啦，下期見！拜拜
復旦大學俞燕蕾教授課題組：可操控微型水滴的光驅動超疏水智能紡絲墊
LLCP材料的微觀形貌及光開關對潤濕行為的影響
制備過程中電紡絲溶液濃度對微觀結構有至關重要的影響，作者比較了0.5%（Mat A）、1%（Mat B）和2%（Mat C）三種濃度下氟化線性液晶聚合物（LLCP）溶液作為紡絲液，其制備的紡絲墊水滴角隨著溶液濃度增大而增大，說明高濃度下紡絲墊疏水性更好，而掃描電鏡照片也證實了隨著濃度增大材料表面會形成更加豐富的分級結構和更大的粗糙度。在紫外光照射下，紡絲墊的微觀分級結構保持了材料的疏水特性，但偶氮苯從反式到順式光異構反應增加了材料表面極性，在液晶形變協同作用下，LLCP表面微結構能夠容納的空氣變少，從而增加了表面相對粘滯性。相對于3 uL大小的水滴來說，Mat B粘滯力變化恰好能夠實現各向異性浸潤行為的自由切換。
圖3。（a–c）濃度條件分別為0.5 wt％（Mat A）、1 wt％（Mat B）和2 wt％（Mat C）LLCP制備的靜電紡絲墊SEM照片。纖維都是連續且隨機取向。插圖為水滴在電紡墊表面的接觸角（CA）照片。（d-f）3uL水滴在紫外光和可見光照射下在材料表面釘扎和自由滾動兩種狀態的照片，（d）為順-反狀態下小水滴在Mat A 上釘扎的照片；（e）為小水滴在Mat B表面由反式結構滾落以及釘扎在順勢結構下的照片；（f）為順-反狀態下小水滴在Mat C 上由不同滾動角滾落的照片。（g）在光照射下處于不同狀態Mat B的SEM照片及小水滴在兩種不同表面下的機理圖。（h）在初始狀態下和在紫外線照射之后，MatB和MatC的粘滯力大小變化圖，該粘合力的方向垂直于墊子表面。
展開 SPH初探之水滴落在薄板上
1 問題描述
2 建立模型
對于水滴
對于平板
3 賦予相關屬性
主要屬性見第一張圖，
這里主要說一下US-UP方程
US-UP方程假設流體材料不可壓縮而且粘性很小
其中US為激波速度，UP為粒子速度
4 建立裝配體
這里將平板進行了旋轉，水滴進行了平移，目的是讓水滴沿著平板法向垂直落下，而且初始時有一段距離
5 建立分析步
6 定義接觸屬性以及接觸表面
這里為了得到水滴所有網格點與平板的接觸，需要先進行網格劃分
水滴單元尺寸為2，平板為4
再將水滴的所有節點建立為集合drop_node
7 定義邊界條件
平板的四個點固定死，水滴給初速度5000mm/s
8 為每個點賦予質量，方便導出之后進行分組重排
9 導出模型，進行關鍵字的重組
為了將水滴的每個點獨立出來，并且單獨定義接觸，這里先導出inp文件
然后打開相關的文本編輯器進行關鍵字的修改，主要有以下幾點
a 重定義每個粒子的特征尺寸
*Solid Section, elset=water_ele, material=water_drop
0.75,
b 賦予新的材料單元族
*Element, type=PC3D, elset=water_ele
c 定義新的EOS（水動力狀態方程定義）
*Tensilefailure, elementdeletion=NO, Pressure=DUCTILE, Shear=DUCTILE
0.01,
d 其他的刪除單元操作
之后可以提交計算
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展開 復旦大學俞燕蕾教授課題組：可操控微型水滴的光驅動超疏水智能紡絲墊
LLCP材料的微觀形貌及光開關對潤濕行為的影響
制備過程中電紡絲溶液濃度對微觀結構有至關重要的影響，作者比較了0.5%（Mat A）、1%（Mat B）和2%（Mat C）三種濃度下氟化線性液晶聚合物（LLCP）溶液作為紡絲液，其制備的紡絲墊水滴角隨著溶液濃度增大而增大，說明高濃度下紡絲墊疏水性更好，而掃描電鏡照片也證實了隨著濃度增大材料表面會形成更加豐富的分級結構和更大的粗糙度。在紫外光照射下，紡絲墊的微觀分級結構保持了材料的疏水特性，但偶氮苯從反式到順式光異構反應增加了材料表面極性，在液晶形變協同作用下，LLCP表面微結構能夠容納的空氣變少，從而增加了表面相對粘滯性。相對于3 uL大小的水滴來說，Mat B粘滯力變化恰好能夠實現各向異性浸潤行為的自由切換。
圖3。（a–c）濃度條件分別為0.5 wt％（Mat A）、1 wt％（Mat B）和2 wt％（Mat C）LLCP制備的靜電紡絲墊SEM照片。纖維都是連續且隨機取向。插圖為水滴在電紡墊表面的接觸角（CA）照片。（d-f）3uL水滴在紫外光和可見光照射下在材料表面釘扎和自由滾動兩種狀態的照片，（d）為順-反狀態下小水滴在Mat A 上釘扎的照片；（e）為小水滴在Mat B表面由反式結構滾落以及釘扎在順勢結構下的照片；（f）為順-反狀態下小水滴在Mat C 上由不同滾動角滾落的照片。（g）在光照射下處于不同狀態Mat B的SEM照片及小水滴在兩種不同表面下的機理圖。（h）在初始狀態下和在紫外線照射之后，MatB和MatC的粘滯力大小變化圖，該粘合力的方向垂直于墊子表面。
展開 水滴的親水性研究
水滴在表面上的不同姿態，其實是水分子間作用力、水分子與固體表面相互作用以及重力共同制衡的結果，你可以想象一下，在水滴的內部，水分子各個方向受到的分子間作用力是比較平衡的，而最表面的地方，因為固體表面成分和水分子性質的差異，所以兩邊的分子間作用力就有差別了，因此，平衡點就會變動，在不同性質的表面上，就會出現不同的平衡狀態。也就是所謂表面張力的體現。
我們來直觀地看一下圖。
接觸角（下圖中標出的這個液滴邊緣切線與界面的夾角）可以直觀地體現出固體表面與液體的浸潤狀態，這個角越小，說明液滴與固體表面親和力越好，越能夠鋪展開。
下圖是水在玻璃上的接觸角，它就是屬于親水的范圍。在潔凈的玻璃表面，水滴不是聚成圓圓的樣子，它攤得比較扁：
而如果是超親水表面，水還能鋪得更開（下圖右邊）：
這種表面上水膜就攤得更徹底了。
很多常見塑料則是比較疏水親油的（但也有親水的塑料），下面這個是水滴在聚甲基丙烯酸甲酯（也就是亞克力）表面：
可以看到，這一回接觸角變得比較大了，液滴顯得更圓、更“收縮”。
而超疏水表面還可以讓水滴收縮得更加極致：
表面和水特別不親和，就可以讓水滴在自身內部的分子間作用力之下回縮，甚至能縮到和表面接觸面積如此小，接觸角完全成了鈍角。超疏水表面之前其實也有不少文章講過，這樣的表面對防水很有好處，也容易保持清潔。
展開 Interfaces：飛秒激光加工Janus多孔膜用于水滴
在該文中，研究人員通過飛秒激光直寫技術在泡沫銅上快速制備了大面積的微納結構，所制備的材料表現出Janus的浸潤特性（一面超親水，一面疏水），并具有水滴的定向通過能力。同時，該材料表現出較好的霧水收集能力。為干旱地區緩解水資源危機提供了了一種有效途徑。
【 圖文導讀】
圖1 Janus膜的制備流程與表征
(a)飛秒激光加工示意圖；
(b)不同參數加工的Janus膜光學示意圖；
(c)不同加工參數的燒蝕厚度。
圖2 Janus膜微觀形貌表征與元素分析
(a)加工前泡沫銅的SEM圖像;
(b-d) 加工后泡沫銅在不同倍率下的SEM圖像；
(e-h ) 加工前后泡沫銅表面的EDS能譜和元素分布對比。
圖3 不同泡沫銅的水滴運輸特性
(a)原始泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(b)超親水泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(c)超親水/疏水Janus泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程；
(d)疏水/ 超親水Janus泡沫銅表面單個和多個水滴的運動過程。
展開 科學家提出用彈跳水滴給CPU散熱新機制
來自杜克大學和英特爾的科學家們提出了一種保持電子產品高性能的新機制：用彈跳水滴填充內部空間。這聽起來像是一個愚人節的笑話，但研究人員說，這樣的系統可以通過有機地瞄準熱點進行散熱，來保持電子產品高性能全速運行。
科學家們在“應用物理學雜志”（Applied Physics Letters）上論文所述的技術，受到蟬類超疏水翅膀的啟發，這種翅膀自然會排斥水分，當兩只小水滴碰撞在蟬翼上時，它們連在一起形成一個更大的液滴。這種變化釋放出足夠的能量，將水從蟬翼表面上提起，吸收灰塵和污垢。這意味著蟬翼是自動清潔的，但工程師認為同樣的原理也可以用來消除熱量。
當然，沒有人想要將水濺到敏感電路上，所以研究人員創建了一個密封的“蒸氣室”，可以安裝在電子系統中。在其中的一側是超疏水的地板，另一邊是海綿般的天花板。當“蒸氣室”被周圍的電子元件加熱時，蒸氣凝結成微小的水滴。這些落在超疏水的地板上，連接在一起成為更大的液滴，然后從地板上反彈，帶走熱量，與然后水滴被海綿般的天花板吸收，再次充重復整個過程。
這個系統的聰明之處在于它自動瞄準熱點，因為這些區域是水蒸氣首先凝結的地方。而且，與現有的冷卻機制不同，該系統同時在垂直和水平兩個平面上工作，這意味可以更有效地進行散熱。
展開 
快樂學習，用流體知識解決實際問題（9）---水滴下落，破碎,fluent應用實例
backgroud:
跟空氣在水里上升的一個逆過程，三維中的水滴的入水過程是一個皇冠狀，但是這個過程用fluent模擬起來比較困難，由于有6個自由度，用DOF模擬計算量也非常之大。
goal:
模擬水滴在空氣下落水中的過程
method:
模型：2D
幾何：40MM，高100MM，
網格類型：四面體
網格生成：ICEM(本來ICEM不可以做2D網格，所以在ＩＣＥＭ中生成的２Ｄ網格有一個節點的厚度，然后所有邊都設置周期性)，質量>０.４
模擬軟件：Fluent，瞬態
過程：首先在fluent中patch出來一個圓的水滴，大小可以自定。
水滴中設置水，其他設置為空氣，在底部在設置一定高度的水面，設置重力方向，考慮表面張力
后處理：
techplot360處理，把瞬態結果導入進去就可以觀看動畫。
展開 基于水滴型前緣修型的超高負荷低壓渦輪流動調控機理研究
基于水滴型前緣修型的超高負荷低壓渦輪流動調控機理研究
薛亞鵬 李紫良 吳艷輝 史旭陽
(西北工業大學動力與能源學院， 西安710072)
摘要：本文以某超高負荷低壓渦輪葉柵(載荷系數Zweifel=1.57) 為研究對象，借助經過實驗數據校核的高精度數值方法，采用拉丁超立方分層抽樣技術參數化探究了不同水滴型弧狀前緣幾何對端區流動損失的影響。在此基礎上，明晰了前緣修型結構引入前后端區流動特征及流動損失變化機理，對比了葉柵端區渦系結構尺度。研究表明：優選水滴型弧狀前緣修型結構削弱了前緣馬蹄渦強度，重構了超高負荷低壓渦輪葉柵的端區渦系結構，使得柵后總壓損失系數降低4.11%。研究結果為超高負荷低壓渦輪端區流動控制技術的發展提供了理論支撐。
關鍵詞：超高負荷低壓渦輪；水滴型；端區損失控制；馬蹄渦
文章來源：工程熱力學報
展開 Fluent仿真實例 – DPM模型仿真噴淋水滴在熱空氣管道中蒸發
9、后處理
9.1 在文本輸入框中輸入report>dpm-summary，統計dpm顆粒的情況，可以看到，所有的水滴都已經蒸發。
9.2 顯示噴射點0和1兩處水顆粒的直徑變化圖。
9.3 顯示X=0平面的溫度變化云圖。
9.4 顯示水蒸氣的質量分數分布云圖。
來源：流體與熱控大本營
作者：曾社銓
Abaqus/CEL基礎案例_水滴歐拉分析教學
CEL方法的基礎是歐拉分析，今天的USim小課堂為大家提供一個歐拉分析的入門案例-水滴落水過程完整步驟。
Abaqus水滴落水歐拉分析
1、創建一個歐拉部件，尺度200，尺寸50*100*100（1/4模型），如下圖分割該歐拉部件（非必須步驟），用于幫助參考體部件的定位。
創建歐拉部件
2、建模單位制采用mm-tone，定義歐拉材料參數密度=1e-9；EOS/Us-Up=（1483000，0，0）；動粘度系數=8.9e-10，以此材料創建歐拉截面并指派給歐拉部件。同時把網格沿對稱面交線方向單向加密，種子偏置參數為最小尺寸1mm，最大5mm。
定義歐拉材料并劃分網格
3、創建水的參考部件（不需要指派材料），并與歐拉部件裝配；顯式動力學分析步時長0.5s。
創建并裝配參考部件
4、用VFT工具，按照參考部件占據的歐拉網格區域生成一個離散數據場，用來定義水的初始位置。
生成離散數據場
5、定義對稱面的xsymm/zsymm對稱邊界條件，并在地面與另外兩個側面定義Vi=0的邊界條件作為流體的wall，其中i代表與該面垂直的坐標軸；施加-Y向重力。
施加邊界條件
6、單純的歐拉分析可不用定義接觸，直接執行分析。
表面波
USim小課堂的福利又來啦！轉發本篇文章至朋友圈，并截圖回復此公眾號（USim）后臺即可獲取此案例CAE+inp文件。
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