Geometry and Topology of Two-Dimensional Dry Foams: Computer Simulation and Experimental Characterization.
Geometry and Topology of Two-Dimensional Dry Foams: Computer Simulation and Experimental Characterization.
复制标题
二维干泡沫的几何和拓扑：计算机模拟和实验表征。
DOI：
10.1021/acs.langmuir.6b03663
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Tong M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tong M
伪二维 (2D) 泡沫通常用于泡沫研究，因为与 3D 泡沫相比，通过实验更容易测量这些泡沫的气泡尺寸分布以及其他几何和拓扑特性。尽管二维泡沫在模拟和实验研究中得到广泛使用，但许多重要的几何和拓扑关系仍然没有得到很好的理解。例如，薄膜尺寸是气泡稳定性和泡沫整体结构的关键参数。因此，泡沫中薄膜的尺寸分布与气泡本身的尺寸分布之间的关系是不稳定泡沫建模和模拟中的关键关系。这项工作使用 Surface Evolver 的结构模拟来统计分析这种关系，并最终制定二维泡沫中薄膜尺寸的关系，该关系被证明在各种不同的气泡多分散性下都有效。然后，使用垂直 Hele-Shaw 池中产生的实验性伪二维泡沫的数字图像分析来验证这些结果和其他拓扑特征，该泡沫在两块板之间包含单层气泡。实验和计算结果表明，存在一种薄膜可以采用的尺寸分布，并且这种分布很大程度上取决于薄膜所附着的两个气泡的尺寸，尤其是较小的气泡，但它实际上与泡沫的基本多分散性无关。
Pseudo-two-dimensional (2D) foams are commonly used in foam studies as it is experimentally easier to measure the bubble size distribution and other geometric and topological properties of these foams than it is for a 3D foam. Despite the widespread use of 2D foams in both simulation and experimental studies, many important geometric and topological relationships are still not well understood. Film size, for example, is a key parameter in the stability of bubbles and the overall structure of foams. The relationship between the size distribution of the films in a foam and that of the bubbles themselves is thus a key relationship in the modeling and simulation of unstable foams. This work uses structural simulation from Surface Evolver to statistically analyze this relationship and to ultimately formulate a relationship for the film size in 2D foams that is shown to be valid across a wide range of different bubble polydispersities. These results and other topological features are then validated using digital image analysis of experimental pseudo-2D foams produced in a vertical Hele–Shaw cell, which contains a monolayer of bubbles between two plates. From both the experimental and computational results, it is shown that there is a distribution of sizes that a film can adopt and that this distribution is very strongly dependent on the sizes of the two bubbles to which the film is attached, especially the smaller one, but that it is virtually independent of the underlying polydispersity of the foam.
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