合并溶质流中的对流涡与三维颗粒动力学
流体动力学
2023-06-01 v1
摘要
微颗粒通过扩散泳与扩散渗流响应于溶质浓度梯度而迁移。以具有不同溶质浓度的流体流合并，是在微流控器件中以连续流产生稳态浓度梯度的常用策略；溶质浓度梯度及随之的扩散泳主要垂直于背景流方向。这在分离与过滤工艺中尤为有用，因其于连续流中形成颗粒累积与耗竭区域。此类系统已在数篇扩散泳经典论文中检视，焦点置于远离边界的颗粒动力学。我们通过实验、模拟与理论表明，沿特定边界的扩散渗流流可显著改变近壁区颗粒动力学与颗粒聚焦。带电表面处的非零速度将溶质与颗粒沿边界拖曳，直至流动最终再循环。这些“对流涡”导致聚苯乙烯颗粒在近边界处的展向迁移，在玻璃表面附近明显，而在表面镀金时消失。该动力学的三维特性或对微流控器件设计具启示：可选信道材料以增强或抑制近壁流。此外，我们论证了在捕捉颗粒动力学（尤于低溶质浓度区）时，考虑依赖于溶质浓度的扩散泳与扩散渗流迁移率模型的重要性。
引用
@article{arxiv.2305.19929,
title = {Convection rolls and three-dimensional particle dynamics in merging solute streams},
author = {Robben E. Migacz and Guillaume Durey and Jesse T. Ault},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.19929},
year = {2023}
}
备注
Presented at the American Physical Society Division of Fluid Dynamics meeting in November 2022 (Indianapolis, IN)