Hydrodynamics-mediated trapping of micro-swimmers near drops.
Hydrodynamics-mediated trapping of micro-swimmers near drops.
复制标题
水滴附近微型游泳者的流体动力学介导捕获。
DOI：
10.1039/c7sm01615h
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
3.4
通讯作者：
A. Ardekani
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nikhil Desai;Vaseem A. Shaik;A. Ardekani
在这篇文章中，我们研究了一个模型微泳运动员在一个干净的水滴附近和一个表面活性剂覆盖的水滴附近的游泳特性和动力学。我们将游泳者建模为一个力偶极子，并利用图像奇异性系统来研究游泳者的动力学行为。受细菌生物修复漏油过程中释放的不溶性碳氢化合物(HCS)的启发，我们报道了确定性和随机性游泳者作为粘度比和无因次表面粘度的函数的“捕获特征”--临界捕获半径、吸引盆和捕获时间分布。我们发现，表面活性剂的加入使液滴的临界捕获半径降低了∼30%。但是，在粘度比和表面粘度参数空间中的任何组合对吸引盆的影响都不大。我们还对确定性游泳运动员的问题进行了动力系统分析，以澄清上述概念。对于流体动力学和基于扩散的运动，我们注意到，与清洁液滴相比，表面活性剂液滴的界面保留时间增加了5%-25%。这些差异在表面粘度较低时出现，并随着表面粘度的增加而迅速饱和。随着在生物修复方面的潜在应用，我们的结果强调了在涉及不溶性碳氢化合物的溢油中考虑分散剂添加的重要性。
In this paper, we investigate the swimming characteristics and dynamics of a model micro-swimmer in the vicinity of a clean drop, and of a surfactant covered drop. We model the swimmer as a force dipole and utilize the image-singularity system to study the dynamical behavior of the swimmer. Motivated by bacterial bio-remediation of insoluble hydrocarbons (HCs) released during oil spills, we report the 'trapping characteristics' - critical trapping radius, basin of attraction and trapping time distribution - of deterministic and stochastic swimmers, as a function of viscosity ratio, and dimensionless surface viscosity. We find that addition of surfactant reduces the critical trapping radius of a drop by ∼30%. The basin of attraction though, is not affected acutely for any combination in the parameter space of viscosity ratio and surface viscosity. We also carry out a dynamical system analysis of our problem, for deterministic swimmers, to clarify the aforementioned concepts. For hydrodynamics combined with diffusion based motion, we note increments ranging from ∼5-25% in the interface-retention times of surfactant-laden drops, as compared to clean drops. These differences occur for low values of surface viscosity, and saturate rapidly as the surface viscosity increases. With potential applications in bioremediation, our results highlight the importance of considering dispersant-addition in oil spills involving insoluble hydrocarbons.
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