Collective Dynamics of Particles at Fluid Interfaces
流体界面处粒子的集体动力学
基本信息
- 批准号:1716114
- 负责人:
- 金额:$ 48万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-07-01 至 2022-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project is concerned with an interdisciplinary and multifaceted investigation of the dynamics of particles confined to a fluid interface. Specifically, our proposal considers surface-trapped particles on a drop in an applied flow field and seeks to determine the flow-driven particle organization. These are mathematically challenging multiphase problems with application to the study of emulsions and the development of new novel materials with designed properties. Specific examples include emulsions with effective viscosity tunable by an electric field, the fabrication of colloidal photonic crystals, or the fabrication of "digital colloids" in soft robotics. The primary focus will be on investigating the dynamics of particle-laden drops at medium to low surface coverage in applied flow fields. The PIs will develop mathematical models, analytical solutions, and accurate and efficient computational solutions of the dynamics of many particles on a moving drop interface. This is a complex free boundary problem that presents several challenges: the dynamics of the three-phase contact line, the curvature and deformability of the interface, and the many-body hydrodynamic interactions mediated by the fluids embedding the interface. The PIs plan to develop a multifaceted approach where analytical solutions using asymptotic methods will be sought for the dynamics of a single particle, a novel numerical approach using chimera grids and level set methods to determine the full-range dynamics of the particle-fluid system, and a point-particle method that efficiently simulates the collective dynamics of large numbers of particles.
该项目涉及对受限于流体界面的粒子动力学的跨学科和多方面的研究。 具体而言,我们的建议认为,在一个应用流场的下降表面捕获的颗粒,并试图确定流动驱动的颗粒组织。这些都是数学上具有挑战性的多相问题,应用于乳液的研究和具有设计性能的新型材料的开发。 具体的例子包括具有可通过电场调节的有效粘度的乳液、胶体光子晶体的制造或软机器人中的“数字胶体”的制造。 主要的重点将是调查的动力学粒子负载的下降,在中等至低的表面覆盖在应用流场。 PI将开发数学模型,分析解决方案,并准确和有效的计算解决方案的动态的许多粒子在一个移动的液滴界面。这是一个复杂的自由边界问题,提出了几个挑战:三相接触线的动力学,界面的曲率和变形能力,以及嵌入界面的流体介导的多体流体动力学相互作用。 PI计划开发一种多方面的方法,其中使用渐近方法的分析解决方案将寻求单个粒子的动力学,一种新的数值方法,使用嵌合体网格和水平集方法来确定粒子-流体系统的全范围动力学,以及一种有效模拟大量粒子集体动力学的点粒子方法。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Slightly deformable Darcy drop in linear flows
线性流动中的轻微变形达西降
- DOI:10.1103/physrevfluids.4.063601
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:2.7
- 作者:Young, Y. -N.;Mori, Yoichiro;Miksis, Michael J.
- 通讯作者:Miksis, Michael J.
Dielectric Spherical Particle on an Interface in an Applied Electric Field
施加电场中界面上的介电球形颗粒
- DOI:10.1137/18m1195668
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:1.9
- 作者:Hu, Yi;Vlahovska, Petia M.;Miksis, Michael J.
- 通讯作者:Miksis, Michael J.
Mitochondria-rough-ER contacts in the liver regulate systemic lipid homeostasis
- DOI:10.1016/j.celrep.2021.108873
- 发表时间:2021-03-16
- 期刊:
- 影响因子:8.8
- 作者:Anastasia, Irene;Ilacqua, Nicolo;Pellegrini, Luca
- 通讯作者:Pellegrini, Luca
Tuning the Random Walk of Active Colloids: From Individual Run-and-Tumble to Dynamic Clustering
- DOI:10.1103/physrevlett.123.208002
- 发表时间:2019-11-14
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Karani, Hamid;Pradillo, Gerardo E.;Vlahovska, Petia M.
- 通讯作者:Vlahovska, Petia M.
Drag force on spherical particles trapped at a liquid interface
液体界面上捕获的球形颗粒的阻力
- DOI:10.1103/physrevfluids.7.124001
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:2.7
- 作者:Zhou, Zhi;Vlahovska, Petia M.;Miksis, Michael J.
- 通讯作者:Miksis, Michael J.
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