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建模与仿真

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‘Invisible anchors’管道连接中的捕集颗粒

07 Aug 2018 哈米什约翰斯顿
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陷入陷阱:计算机模拟显示颗粒在T型连接中的大锚形区域被困。 (礼貌:David Oettinger /物理。 rev. lett。)

瑞士物理学家和美国的计算机模拟建议,“隐形锚”可以在通过T型连接的流体移动时捕获颗粒。颗粒被捕获的区域可包括结的大部分交界处,并且该研究可能导致微流体系统的设计,该系统专门设计用于捕获和处理感兴趣的颗粒。

流体携带管道之间的T型连接和其他连接在内置世界中普遍存在 - 并且可以在工业过程中发挥重要作用。虽然认为液体流动似乎是合理的,但是在结束的情况下,众所周知,液体流动将颗粒中的颗粒捕获在交界处的大区域中。这可能导致各种各样的问题,如堵塞的管道。在正面,这种诱捕效果用于制造用于处理颗粒的微流体系统。

自2014年以来, 霍华德石 普林斯顿大学和同事一直通过进行实验来研究这种效果,其中空心玻璃珠通过各种连接的不同粘度的流体携带。他们发现这些珠子 - 具有比流体更低的密度 - 可以在各种实验条件下被捕获。

漩涡衰弱

该团队涉嫌诱捕是由称为“涡流分解”的现象引起的。这是突然破坏流体的平滑流动的破坏,这可以在流体周围围绕结的尖锐弯曲时发生。这会产生零件的涡流和区域,其中粒子可以被捕获。

石材和同事在他们之前的工作中确定了这种机制,但困惑,因为他们的计算表明捕获区域比实验中的见面要小得多。现在,石头已经合作了 大卫奥廷特乔治哈勒 Eth苏黎世和 杰西奥尔德 Ook Ridge National实验室可以做出更详细的计算,以考虑单个粒子如何与流体相互作用 - 以及这将如何影响其在T界内的运动。

团队的计算机模拟显示出大量较大的捕获区域,类似于船锚。在某些情况下,输入管的25%的横截面导致粒子被捕获的区域。

更好地了解诱捕过程可能导致各种应用,包括最小化液体分配系统内的气泡积聚和微流体装置的加工材料。描述他们的最新成果 物理评论信,石材和同事突出了单层脂质囊泡的微流体生产作为一个重要的潜在应用。

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