Direct numerical simulations of elastic filament suspensions and multi-scale modeling of soft-particle suspensions

弹性丝悬浮液的直接数值模拟和软颗粒悬浮液的多尺度建模

基本信息

  • 批准号:
    0853673
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

0853673 YoungThis award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5). Suspensions of soft particles (such as viscous drops or elastic filaments) are ubiquitous in micro-, nano- and bio-fluidic applications. Quantification of their dynamical response to simple flows and external forcing (such as gravity or electric field) is the key to transformative advancement in micro- and nano-fluidic engineering and sciences. Despite extensive research, however, investigations to date fall short of the desirable predictability of the relations between dynamical macroscopic fluid properties and the microstructural dynamics. The PI plans a synergistic theoretical, numerical and experimental study to investigate the fundamental relations between macroscopic fluid properties and microstructural particle dynamics. Efficient numerical capabilities will be developed to directly simulate suspension of elastic fibers (both inextensible and finitely extensible). Focus will be placed on quantitative correlation between dynamics of interacting filaments and the macroscopic dynamics and properties of the suspension flow. A representative reduced model for an elastic filament will deduced, and will be utilized for developing a continuum model for semi-flexible filament flow. Direct comparison against numerical simulations and experiments will be conducted to validate the modeling approaches. These interdisciplinary research tasks will be integrated with educational efforts at the undergraduate and graduate levels through courses and recruitment of under-represented minority students.
该奖项是根据2009年美国复苏和再投资法案(公法111-5)资助的。软颗粒悬浮液(如粘滴或弹性细丝)在微、纳米和生物流体应用中无处不在。它们对简单流动和外力(如重力或电场)的动态响应的量化是微纳米流体工程和科学变革性进步的关键。然而,尽管进行了广泛的研究,但迄今为止的研究还不能很好地预测动力学宏观流体性质与微观结构动力学之间的关系。PI计划进行理论、数值和实验协同研究,以研究宏观流体特性与微观结构颗粒动力学之间的基本关系。将开发有效的数值能力来直接模拟弹性纤维(不可拉伸和有限可拉伸)的悬浮。重点将放在相互作用的细丝的动力学和悬浮液流动的宏观动力学和性质之间的定量关联。推导了具有代表性的弹性细丝的简化模型,并将其用于建立半柔性细丝流动的连续介质模型。将与数值模拟和实验进行直接比较,以验证建模方法。这些跨学科的研究任务将通过开设课程和招收代表性不足的少数民族学生,与本科和研究生阶段的教育工作相结合。

项目成果

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