Droplet dynamics: A phase-field model of mobile charges, polarization, and its leaky dielectric approximation
Notice bibliographique
Résumé
This paper presents a Poisson–Nernst–Planck–Navier–Stokes–Cahn–Hillard (PNP–NS–CH) model for an electrically charged droplet suspended in a viscous fluid under an external electric field. Our model incorporates spatial variations in electric permittivity and diffusion constants, as well as interfacial capacitance. Based on a time scale analysis, we derive two approximations of the original model: a dynamic model for the net charge (assuming unchanged conductance) and a leaky-dielectric model (assuming unchanged conductance and net charge). For the leaky-dielectric model, we perform a detailed asymptotic analysis to demonstrate the convergence of the diffusive-interface leaky-dielectric model to the sharp interface model as the interface thickness approaches zero. Numerical computations are conducted to validate the asymptotic analysis and demonstrate the model's effectiveness in handling topology changes, such as electro-coalescence. Our numerical results from these two approximation models reveal that the polarization force, induced by the spatial variation in electric permittivity perpendicular to the external electric field, consistently dominates the Lorentz force arising from the net charge. The equilibrium shape of droplets is determined by the interplay between these two forces along the direction of the electric field. Moreover, in the presence of interfacial capacitance, a local variation in effective permittivity results in the accumulation of counter-ions near the interface, leading to a reduction in droplet deformation. Our numerical solutions also confirm that the leaky-dielectric model is a reasonable approximation of the original PNP–NS–CH model when the electric relaxation time is sufficiently short. Both the Lorentz force and droplet deformation decrease significantly when the diffusion of net charge increases.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».