论文标题：Lifetime of a Single Bubble at Different Liquid Surfaces

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8015/6/2/19

期刊名：Liquids

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/liquids

Li, H.; Fei, Y.; Li, H.Z. Lifetime of a Single Bubble at Different Liquid Surfaces. Liquids 2026, 6, 19. https://doi.org/10.3390/liquids6020019

气液界面气泡破裂行为广泛应用于发泡、喷雾、污染气溶胶生成、地质熔体流动等领域，但高粘度、粘弹性非牛顿流体中气泡排液、破裂机理及界面下方瞬时流场仍缺乏定量实验数据。本文采用25000帧高速摄像与高频微粒子图像测速（µ-PIV）技术，对比一种牛顿粘性流体、两种典型非牛顿流体中不同尺寸表面气泡演化规律，量化气泡半径与破裂寿命关联，解析拉伸粘度、弹性对液膜排液、膜回缩及近界面流场的调控机制，完善复杂流体气泡破裂动力学实验数据库。实验选用20wt%聚亚烷基二醇（Emkarox，牛顿流体）、高粘CMC剪切变稀溶液、高粘聚丙烯酰胺（PAAm）粘弹性溶液，三者零剪切粘度跨越三个数量级，气泡等效半径控制在1.2–4.0 mm区间，覆盖多种邦数工况。实验装置采用底部微孔匀速供气，气泡上浮至液面稳定后立即停止进气，消除连续气泡干扰；示踪颗粒极低固含不改变流体流变与气泡寿命，颗粒弛豫时间极短可精准捕捉瞬时流速。基于Taylor–Culick膜回缩公式反推等效破裂膜厚，结合韦森贝格数、邦数无量纲分析区分粘性耗散与弹性拉伸作用。实验结果表明，所有流体中气泡寿命均随等效半径增大而延长；同等尺寸下，粘弹性PAA体系气泡寿命最长，CMC次之，牛顿流体最短。机理分析证实：排液阶段拉伸应变主导气泡总寿命，PAA溶液高分子链在拉伸流场大幅提升拉伸粘度，显著减缓液膜变薄速率；CMC剪切变稀流体弹性效应微弱，仅依靠剪切粘度阻滞排液；牛顿流体无弹性阻力，液膜排液最快、破裂时间最短。气泡破裂孔洞并非固定出现在气泡顶端，局部排液不均、微量杂质扰动均会改变破孔位置。膜回缩阶段流速可达10? s?¹量级，但该瞬时过程对总寿命贡献极低。µ-PIV可视化结果揭示三类流体近界面流场显著差异：牛顿流体破裂后流体以轴向向上运动为主，易产生次级液滴；CMC径向与轴向流动均衡；粘弹性PAA体系流体大量向径向横向铺展，轴向涌流被抑制，大幅降低气溶胶生成概率。本文对比不同邦数下液膜变薄系数，解释气泡形变对排液的影响，同时指出现有纯粘性标度模型难以描述粘弹性体系。本研究提供多流变体系气泡寿命定量基准与微观流场直观证据，为泡沫调控、喷雾抑尘、高分子多相反应器数值模拟提供实验支撑，后续可拓展颗粒悬浮体系与更宽粘度区间开展深入探究。

Liquids (ISSN 2673-8015) 创刊于2021年，是一个国际化、经同行评审的开放获取期刊。期刊涵盖物理学中的液态理论、合成和分析化学、生物学、工程学和气象学中的流体动力学。目前，Liquids 已被ESCI (IF 1.8)、Scopus (CiteScore: 4.0)、CAPlus / SciFinder等数据库收录。