Particle trapping in merging flow junctions by fluid-solute-colloid-boundary interactions
Particle trapping in merging flow junctions by fluid-solute-colloid-boundary interactions
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通过流体-溶质-胶体-边界相互作用捕获合并流动连接处的粒子
DOI：
10.1103/physrevfluids.5.024304
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发表时间：
2020
影响因子：
2.7
通讯作者：
Shen, Amy Q.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shin, Sangwoo;Ault, Jesse T.;Toda-Peters, Kazumi;Shen, Amy Q.
不同流在通道连接处的合并代表了一种常见的混合过程，这种过程发生在从冷饮柜和浴缸水龙头到化工厂和微流体装置的系统中。在这里，我们报告了当合并流具有盐度对比时，合并流接头中胶体颗粒的自发捕获。我们表明，粒子捕获是粒子、溶质、通道和自由流之间非平衡相互作用的结果。传输过程的微妙平衡会产生稳定的近壁涡流，从而捕获颗粒。我们使用三维粒子可视化和数值模拟来提供对观察到的现象的严格理解。这种捕获机制不同于众所周知的由涡旋击穿实现的惯性捕获[Proc.国家。阿卡德。科学。 USA 111, 4770 (2014)PNASA60027-842410.1073/pnas.1321585111]，或通过扩散电泳实现的溶质介导的捕获 [Phys. Rev. X 7, 041038 (2017)2160-330810.1103/PhysRevX.7.041038]，由于溶质和惯性效应都促进了电流捕获，这提出了流网络中粒子捕获的新机制。
Merging of different streams in channel junctions represents a common mixing process that occurs in systems ranging from soda fountains and bathtub faucets to chemical plants and microfluidic devices. Here, we report a spontaneous trapping of colloidal particles in a merging flow junction when the merging streams have a salinity contrast. We show that the particle trapping is a consequence of nonequilibrium interactions between the particles, solutes, channel, and the freestream flow. A delicate balance of transport processes results in a stable near-wall vortex that traps the particles. We use three-dimensional particle visualization and numerical simulations to provide a rigorous understanding of the observed phenomenon. Such a trapping mechanism is unique from the well-known inertial trapping enabled by vortex breakdown [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 4770 (2014)PNASA60027-842410.1073/pnas.1321585111], or the solute-mediated trapping enabled by diffusiophoresis [Phys. Rev. X 7, 041038 (2017)2160-330810.1103/PhysRevX.7.041038], as the current trapping is facilitated by both the solute and the inertial effects, suggesting a new mechanism for particle trapping in flow networks.
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DOI：
--
发表时间：
2013
期刊：
Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
影响因子：
--
作者：
A. Petroff;O. Devauchelle;H. Seybold;D. Rothman
通讯作者：
D. Rothman
影响因子：
12.5
作者：
Shin, Sangwoo;Ault, Jesse T.;Stone, Howard A.
通讯作者：
Stone, Howard A.
DOI：
10.1063/1.168744
发表时间：
1998-11-01
期刊：
COMPUTERS IN PHYSICS
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--
作者：
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通讯作者：
Fureby, C
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N. Cevheri;M. Yoda
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