微通道流中的旋转不稳定性
流体动力学
2019-05-13 v1
摘要
在涉及过长微通道的众多医学和化学应用中，可通过诱导流动不稳定性来增强混合。由于混合增强，通道长度在惯性微流体 regime 下得以缩短，从而使器件紧凑且便携。受基于 lab-on-a-CD 的紧凑微流体器件新兴应用的推动，我们分析了常用于生化和生物医学应用的旋转驱动微通道流的线性稳定性。耦合的 Orr-Sommerfeld (OS) 与 Squire (SQ) 方程组的求解给出了两类不稳定性的增长率和中性曲线：(i) Tollmien-Schlichting (TS) 波与 (ii) 科里奥利力驱动的不稳定性。我们报告了在低雷诺数下存在四种不同的不稳定模态（模态 I-IV），其中对于当前流动构型，此前仅已知模态 I 的存在。此外，模态 I 和 II 表现出竞争特征。我们推断模态 III 和 IV 可能通过在界面附近强速度扰动而引起局部强混合。我们利用穿透深度概念量化了所有模态在界面附近诱导此类局部混合的潜力。进一步，由动能收支评估得出的能量传递机制洞察表明，雷诺应力首先将能量从平均流传递到流向速度涨落。此后，科里奥利力将轴向动量重新分配到展向和壁法向，生成频繁观察到的滚胞结构。我们的预测与已报道的滚胞实验的定性比较表明模态 I 和 II 共存。
引用
@article{arxiv.1807.11463,
title = {Rotational Instabilities in Microchannel Flows},
author = {Saunak Sengupta and Sukhendu Ghosh and Sandeep Saha and Suman Chakraborty},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.11463},
year = {2019}
}