多曲率黏性流：流场拓扑与颗粒操控
流体动力学
2022-10-12 v1
摘要
黏性流是指在液体绕浸没的微结构（通常为固体或气泡）振荡时所出现的整流稳态流。此类结构局部集中应力的能力产生了强烈的惯性效应，流体与浸没颗粒均在短长度（O(100)微米）和短时间（毫秒）尺度上对其作出响应，使得黏性流堪称在微尺度下利用惯性最高效的机制。尽管有此潜力，黏性流仅在相当狭窄的条件下被研究，大多利用均匀曲率物体（圆柱、球体），其诱导流场拓扑受限于仅两种经典称为单层与双层机制的流态。这严重限制了潜在应用范围，并与惯性聚焦（或许最定义惯性微流控领域的途径）形成鲜明对比——后者早已利用多曲率边界来放大惯性效应、拓展设计空间并启用新应用。在此，我们展示黏性流中的多曲率方法大幅扩展了可达流场拓扑的范围。我们表明数值预测但从未实验观测到的流态可被物理复现、计算设计，并转而用于增强紧凑、稳健、可调且廉价器件中的颗粒操控、过滤与分离。总体而言，本研究提供了一条释放黏性流效用的途径，在制造、环境、健康与医学方面具有潜在应用，从颗粒自组装到微塑料去除。
引用
@article{arxiv.2111.07184,
title = {Multi-curvature viscous streaming: flow topology and particle manipulation},
author = {Yashraj Bhosale and Giridar Vishwanathan and Tejaswin Parthasarathy and Gabriel Juarez and Mattia Gazzola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.07184},
year = {2022}
}