近日，船舶学院副教授李帅的论文《悬浮于异质流体中的液滴内空化气泡动力学》（《Cavitation bubble dynamics inside a droplet suspended in a different host fluid》）获2024年度蒙恩-福尔廷森最佳论文奖。该奖项旨在鼓励船舶与海洋工程结构力学和水动力学领域重要创新成果和技术突破，每年在全球范围内评选船舶与海洋工程结构力学和水动力学领域最佳论文各1篇。

该论文发表在流体力学顶级期刊《流体力学杂志》（《Journal of Fluid Mechanics》），船舶工程学院流固耦合力学研究团队自2021年以来已经连续四年斩获该奖项。

空泡动力学的研究已有超过百年的历史，其主要应用背景包括螺旋桨空泡剥蚀与噪声、高速航行体的水动力设计、水力发电等领域，其核心物理特征是空泡在破裂过程中所展现的强大破坏力。近年来，多相流体系统中的空泡动力学逐渐成为研究热点。这一方向的研究成果在先进制造、爆炸清淤、液滴雾化、超声清洗、超声乳化、靶向治疗以及食品加工等领域具有广泛应用潜力。然而，由于多相界面行为的复杂性、跨尺度过程的观测难度，以及多物理场耦合理论与数值模拟的技术挑战，该领域的研究仍面临诸多瓶颈。推动这一领域的发展需要结合实验观测、理论建模与数值模拟的多学科交叉研究。

本研究围绕水-油系统中的空泡动力学特性，开展了理论、实验和数值模拟相结合的系统研究，建立了同时考虑多相系统中流体密度比和气泡-液滴几何尺寸比的气泡Rayleigh坍塌时间与固有频率的理论解，拓展了传统单相流体中气泡动力学理论的适用范围。研究发现，在水包油液滴中，空泡溃灭过程中会产生超过300 m/s的高速微射流，并穿透液滴界面，从而实现从油相向水相的物质输运。相反，当空泡处于油包水液滴中时，空泡会被邻近的液滴表面击溃，随后形成的空泡涡环沿着液滴另一侧进行长时间、远距离的迁移，并导致液滴发生显著的变形和撕裂现象，从而实现从水相向油相的物质输运。这两种由空泡引发的物质输运机制为空泡动力学和多相流体动力学提供了全新的物理视角和研究基础，对相关领域的理论发展与实际应用具有重要意义。