西北工业大学航海学院陈效鹏教授在《Nature Communications》发表气液界面动力学研究成果

近日，航海学院“水下仿生与流动控制”团队陈效鹏教授与思克莱德大学贾来兵博士以及元志明博士合作，在《Nature Communications》发表了题为“Particulate reshapes surface jet dynamics induced by a cavitation bubble”的研究论文。西北工业大学航海学院为该工作的第一完成单位和第一通讯单位。

传统液体射流动力学研究长期聚焦于纯净水体，忽视了自然环境中普遍存在的水面漂浮颗粒污染物（如微塑料、微生物等）。这些颗粒物通过改变气液界面特性，可能会影响射流形成机制，进而关联气溶胶传播、海洋污染物扩散等关键问题。

本研究通过构建“浮球-空泡”实验模型，揭示了颗粒物对空泡诱导的液体表面射流存在显著重塑效应。研究结果表明，颗粒物使射流形成能量阈值降低约一个量级，证明气液界面动力学对污染物的极端敏感性；此外，系统归纳出五种全新的射流模式。

图1 平坦水面的实验结果（a）与颗粒物诱导的五类射流新模式（b）

进一步研究揭示了气液界面演化的两次分叉过程，理论分析所提出的无量纲参数能够对不同射流模式有很好的预测效果。

图2 射流模式演化的两次分叉过程

本研究揭示了漂浮颗粒物对射流动力学的重塑作用，为环境治理中漂浮颗粒物促进水体污染扩散传制提供了新理论依据，为医疗领域的高效雾化给药和无针递送开辟了新途径。

本论文第一作者为航海学院博士研究生程相港。陈效鹏教授和贾来兵博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和广东省科技厅基础研究项目的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62936-y

（文字：“水下仿生与流动控制”团队；图片：“水下仿生与流动控制”团队；审核：刘朝亚，崔荣鑫）