EAPSI: Pattern Formation on Liquid-Air Interfaces Due to Resonance
EAPSI:由于共振而在液-气界面上形成图案
基本信息
- 批准号:1514711
- 负责人:
- 金额:$ 0.51万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Fellowship Award
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-06-01 至 2016-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
When a stacked two fluid system is shaken in a direction perpendicular to the fluid interface, patterns on the fluid interface will develop as a result of resonance. This phenomenon is known as Faraday instability. Experimental research in collaboration with Dr. Satoshi Matsumoto at the Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) will allow the PI to study and validate theoretical calculations for the development of patterns generated on a liquid-air interface through the use of electric fields. This collaboration offers access to both a unique experimental apparatus and a world-class research staff. The apparatus has been used previously to perform successful preliminary trials. The understanding of interfacial pattern generation will lead to advancements in a multitude of industrially relevant processes, including semiconductor crystal growth, microfluidic mixing enhancement, and oil recovery techniques.Electrostatic parametric forcing offers a unique approach to the generation of Faraday instability within multi-fluid systems. Through the application of nonlinear dynamics, researchers will delineate the underlying physics of this instability when generated via electrostatic oscillations. Experiments conducted in JAXA will allow for the validation of the stability thresholds for systems of multiple fluids and geometries obtained through a linear stability analysis that rigorously treats viscosity. The research will complement traditional studies on mechanically forced Faraday instability, offering additional insight into the physics of surface forcing. This knowledge will translate into the understanding of self-induced oscillations that occur in interfacial convection, interfacial evaporation, and phase transformations such as solidification and electrodeposition. The separation of the scales that govern surface forcing and bulk forcing will advance the understanding of other instability phenomena where both bulk and surface forces participate. Direct applications of the research include microfluidic mixing enhancement, a deeper understanding of liquid sloshing dynamics, and the potential for enhanced oil recovery when using hydraulic fracturing. This NSF EAPSI award is funded in collaboration with the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).
当堆叠的两种流体系统在垂直于流体界面的方向上摇动时,流体界面上的图案将由于共振而形成。 这种现象被称为法拉第不稳定性。 与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的Satoshi松本博士合作进行的实验研究将使PI能够研究和验证通过使用电场在液体-空气界面上生成图案的理论计算。 这种合作提供了一个独特的实验设备和世界一流的研究人员。 该装置以前已被用于进行成功的初步试验。 对界面图案产生的理解将导致许多工业相关过程的进步,包括半导体晶体生长、微流体混合增强和石油回收technology.Electrostatic参数强迫提供了一种独特的方法来产生多流体系统中的法拉第不稳定性。 通过非线性动力学的应用,研究人员将描绘这种不稳定性的基本物理过程,当通过静电振荡产生时。 在日本宇宙航空研究开发机构进行的实验将允许验证通过严格处理粘度的线性稳定性分析获得的多种流体和几何形状系统的稳定性阈值。 这项研究将补充传统的机械强迫法拉第不稳定性的研究,提供更多的了解表面强迫的物理。 这些知识将转化为对界面对流、界面蒸发和相变(如凝固和电沉积)中发生的自激振荡的理解。 控制表面强迫和体积强迫的尺度的分离将促进对体积力和表面力都参与的其他不稳定现象的理解。 该研究的直接应用包括微流体混合增强,对液体晃动动力学的更深入理解,以及使用水力压裂时提高石油采收率的潜力。NSF EAPSI奖由日本科学促进会(JSPS)资助。
项目成果
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