Interaction of multiphase fluids and solids at the microscale

微尺度多相流体和固体的相互作用

基本信息

  • 批准号:
    2012242
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-05-15 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Multiphase flows are important in a wide variety of processes in science, engineering and medicine. In most cases of practical interest, multiphase flows interact mechanically with deformable solids. Fluid-solid interactions have been widely studied for macroscale problems, where the effect of surface tension is negligible. However, due to the continuous miniaturization of manufactured objects and the importance of surface tension in natural phenomena, there is a critical need to better understand fluid-solid interactions where surface tension plays a predominant role. Using a unique and enabling computational method, this project will unravel the fundamental mechanisms of fluid-solid interactions that couple flow, nonlinear elasticity and surface tension. The proposed research will shed light on the process of spontaneous droplet motion on soft substrates, interfacial instabilities in soft capillary tubes, and pool boiling on deformable solid surfaces. The understanding of these phenomena may bring major advances in bioinspired droplet motion, microfluidics and multiphase heat transfer. The research will be integrated in the curriculum through an initiative to introduce simple concepts of fluid-structure interaction in undergraduate mechanical engineering courses. The project will also offer undergraduate summer research experiences and mentoring activities. The goal of this project is to understand fluid-solid interactions where surface tension interacts with flow, fluid-fluid phase transformations and elastic forces. These phenomena, ubiquitous in microfluidics, medicine, and natural phenomena, have not been previously studied partially due to our lack of theoretical and computational tools. This knowledge gap is limiting our progress on multiphase heat transfer, microfluidics, biofluids and microfabrication, among other science and engineering applications. The current project will leverage a unique computational approach to unveil the fundamental mechanisms controlling this fascinating coupled problem. The project will focus on fundamental scientific problems involving (i) the displacement of a fluid by another fluid in a soft capillary tube, (ii) the spontaneous motion of droplets on soft substrates, and (iii) the effect of deformable substrates on temperature-driven liquid-vapor phase transformations.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
多相流在科学,工程和医学的各种过程中很重要。在大多数实际关注的情况下,多相流与可变形固体机械相互作用。流体 - 固定相互作用已被广泛研究,以解决宏观的问题,在宏观的问题上,表面张力的作用可以忽略不计。但是,由于制造物体的连续微型化以及表面张力在自然现象中的重要性,因此在表面张力起主要作用的情况下更好地了解流体 - 固定相互作用。使用一种独特的计算方法,该项目将揭示夫妇流动,非线性弹性和表面张力的流体固定相互作用的基本机制。拟议的研究将阐明在软底物上自发性液滴运动的过程,软毛细管中的界面不稳定性以及在可变形的固体表面上沸腾的池。对这些现象的理解可能会带来生物启发的液滴运动,微流体和多相传热的重大进展。这项研究将通过一项倡议集成到课程中,以在本科机械工程课程中引入简单的流体结构相互作用概念。该项目还将提供夏季研究经验和指导活动。该项目的目的是了解表面张力与流量,流体流体相变和弹性力相互作用的流体固定相互作用。这些现象在微流体,医学和自然现象中无处不在,由于我们缺乏理论和计算工具,以前尚未对这些现象进行部分研究。这种知识差距限制了我们在多相传热,微富集剂,生物流体和微加工等科学和工程应用方面的进步。当前的项目将利用一种独特的计算方法来揭示控制这个迷人的耦合问题的基本机制。该项目将着重于涉及的基本科学问题(i)另一个流体在软毛细管中的流体位移,(ii)液滴在软基质上的自发运动,以及(iii)可变形的底物对温度驱动的液体蒸气阶段转换的影响。通过评估NSF的智能启用元素。和更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Elasto-capillary fluid–structure interaction with compound droplets
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2022.115507
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Sthavishtha R. Bhopalam;J. Bueno;Héctor Mauricio Serna-Gómez
  • 通讯作者:
    Sthavishtha R. Bhopalam;J. Bueno;Héctor Mauricio Serna-Gómez
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    2019-02-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Hector Gomez
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Eshraghi;S. Bhattacharya;Lalit K. Rajendran;Hector Gomez;P. Vlachos
  • 通讯作者:
    P. Vlachos
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    O. Yabut;H. Ng;K. Yoon;Hector Gomez;Jessica Arela;S. Pleasure
  • 通讯作者:
    S. Pleasure

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