首次获得毛细动力学全过程的精确解析解

首次获得毛细动力学全过程的精确解析解

毛细现象在自然界中广泛存在. 植物通过毛细作用将水分从根部运至树冠, 纸巾中的交错结构通过毛细作用吸收汗液,岩石的孔隙结构通过毛细作用储存石油.  因此, 精确描绘毛细现象对科学和工程具有重要意义。

在细管中, 液体受到表面张力的牵引, 会克服重力并上升到一定高度. 当细管半径充分小时, 液体会上升并停止在一固定位置; 当细管半径较大时, 则会有振荡现象出现. 然而, 对于描绘液体振荡现象的模型, 之前尚未有解析解提出, 这也给人们理解毛细现象带来了困难。

我院孙博华院士与上海交通大学的钟晓旭博士和廖世俊教授合作，采用廖世俊教授提出的同伦分析方法(HAM)，分别求解了毛细现象的两种情形(液体单调上升情形和振荡情形)。研究发现当液体单调上升时, 解具有指数形式的基函数; 对于液体振荡情形, 解则可表达为指数函数乘以三角函数的形式. 这扩充了人们对于毛细现象的认识. 该文章已在欧洲流体力学杂志《European Journal of Mechanics – B/Fluids》发表。

液体在毛细管中的动力学研究是流体力学中的重要组成部分, 该研究成果丰富并加深了人们对这一有趣现象的理解和认识。

论文链接：

X. Zhong, B. Sun and S. Liao , Analytic solutions of the rise dynamics of liquid in a vertical cylindrical capillary, European Journal of Mechanics / B Fluids 78 (2019) 1–10

https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2019.05.011

作者的相关论文：

B. Sun（孙博华）, Singularity-free approximate analytical solution of capillary rise dynamics, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 61, 084721 (2018),

https://doi.org/10.1007/s11433-018-9247-1