Non-Newtonian fluid--structure interactions: Static response of a microchannel due to internal flow of a power-law fluid
本文研究了稳态下输送非牛顿流体的浅长微通道中的流固耦合问题。微通道具有线性弹性和顺应性的顶壁，而其三个其他壁是刚性的。在微通道内流动的流体具有由幂律流变模型描述的剪切依赖粘度。利用润滑理论求解了长而浅的微通道内的流动问题。对于结构问题，我们采用两种板理论，即Kirchhoff-Love薄板理论和Reissner-Mindlin一阶剪切变形理论。动水压力作为分布荷载作用在软顶板上，耦合了流动和变形问题。在我们的微扰（润滑理论）的方法，我们确定的流量和压力梯度，这是一个非线性的一阶常微分方程的压力之间的关系。从该微分方程的解，得出非牛顿微通道FSI中的所有其他感兴趣的量。通过数值算例，分析了流固耦合强度和板厚对微通道压降的影响。通过使用商业计算工程工具对非牛顿微通道FSI进行直接数值模拟，我们对流量-压降关系和顶壁结构变形轮廓的数学预测进行了基准预测。在这样做的时候，我们也建立了我们的微扰理论的适用性的限制。
2018-12-20 physics.flu-dyn
Formation characteristics of Taylor bubbles in power-law liquids flowing through a microfluidic co-flow device
该研究采用耦合水平集与体积分数法，数值探究微流控共流装置内幂律流体中Taylor气泡的形成特性，分析多因素影响，识别流型并提出气泡长度估算标度律。
2025-10-21 physics.flu-dyn
DSMC investigation of rarefied gas flow through diverging micro- and nanochannels
采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法，结合简化的伯努利试验（SBT）碰撞格式，研究了稀薄压力驱动氮气在分叉微通道中的流动。描述了在不同压比（1.5 ${\le}{\prod}{\le}$ ~ 2.5）和努森数（0.03 ${\le}$ Kn ${\le}$ ~ 12.7）下，具有不同发散角（0 ~ 17 $^{\circ}$）的两个板块之间的流体流动行为。主要的流场特性，包括压力，速度和温度，提出了不同的微通道，并与具有均匀横截面的微通道进行了比较。讨论了扩张型微通道内流场特性随通道面积变化、通道压比和稀薄化程度的变化规律。结果表明，在本工作中研究的所有模拟参数范围内，发散微通道中没有流动分离。已经发现，与等效的直通道几何形状相比，发散通道可以携带更高量的质量。提出了微通道内的质量流率、发散角、压比和努森数之间的关系式。本文的数值计算结果证实了非均匀截面微纳通道中努森极小值现象的存在。
2017-02-02 physics.flu-dyn
Dynamics of individual Brownian rods in a microchannel flow
研究了重质二氧化硅微棒在微流控通道中的取向动力学。比较实验和布朗动力学模拟，我们确定了不同的粒子轨道，特别是在平面内翻滚行为，这不能用经典的杰弗里理论解释，我们将这种行为的旋转扩散的杆。通过构建完整的三维方向分布，我们描述了棒的轨迹和量化的Jeffery轨道的持久性使用时间关联函数的Jeffery常数。我们发现，我们的胶体棒在大约一秒钟内失去了对它们初始构型的记忆，相当于半个杰弗瑞周期。
2019-05-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling the excess velocity of low-viscous Taylor droplets in square microchannels
微观多相流由于其能够将过程转移到新的操作窗口并实现显著的过程强化而获得了广泛的兴趣。然而，泰勒液滴的流体动力学行为尚未完全理解。在这项工作中，我们介绍了一个模型来确定泰勒液滴在方形微通道中的过剩速度。液滴与流体的总表观速度之间的速度差对液滴停留时间有直接影响，并且与压降有关。由于液滴不占据整个通道截面，这使得连续相能够通过拐角绕过液滴。连续性方程的考虑一般将超流速度与平均流速联系起来。我们的旁路流量的量化的基础上的液滴帽变形从其静态形状的相关性。帽变形揭示了施加在界面上的流动液体的力，并允许估计旁路流的局部驱动压力梯度。表征参数确定为旁路长度，壁膜厚度，两相之间的粘度比和Ca数。所提出的模型是适应一个随机的，超启发式优化方法的基础上高速摄像机测量。此外，我们的模型成功地验证了已发表的经验数据。
2019-05-07 physics.flu-dyn
Acoustically bound crystals
在这些流体动力学视频中，我们展示了在声场作用下，气泡如何在细微通道中流动。由于没有直接接触的声学相互作用，气泡自组织成周期性图案，并自发形成声学结合的晶体。我们还提出了与边界的相互作用，相当于与图像气泡的相互作用，并解开了独特的振动模式的限制气泡。
2010-10-15 physics.flu-dyn
Inertial focusing in two dimensional flows with sharp viscosity stratification in a microchannel
最近的实验研究表明，粒子传输通过流线可以被动地控制使用分层流动的同向流在有限的雷诺数。分层通过未扰动速度剖面的曲率来修改作用在颗粒上的力。在这项研究中，我们数值分析了两种不同粘度的液体在两个无限大的平行板之间相互平行流动的分层流中的颗粒迁移。考虑了两种不同流场中的颗粒迁移：（i）Couette流和（ii）Poiffille流。采用浸没边界法的数值方法进行二维模拟，并确定粒子从一种流体迁移到另一种流体时可能发生的条件。这意味着在没有膜的情况下从流体中分离颗粒。分析了粘度比、流量比、雷诺数和颗粒尺寸对聚焦位置的影响，以确定颗粒从一种流体迁移到另一种流体的条件。结果表明，当低粘度流体的持液率足够高时，分层库埃特流中的颗粒向低粘度流体迁移。在Poillille流中，对于固定的粘度比，超过临界流量比，颗粒迁移到粘性较低的流体。该临界流速比随颗粒尺寸而增大。
2019-10-20 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Fluid-Structure Interaction in Deformable Microchannels
微流体装置由PDMS构造而成，其具有单个通道，所述单个通道具有作为薄柔性膜的短部分，以研究在流动流体和可变形壁之间产生的复杂的流体-结构相互作用。膜的变形和压降的实验测量进行了比较与预测的二维和三维的计算模型，数值求解方程的弹性耦合的膜的运动方程的流体。它示出的二维模型，它假设一个有限厚度的弹性梁，是无限宽，近似合理以及三维模型，并在良好的协议与实验观察的膜的轮廓，当膜的宽度是超过一个临界厚度，确定为大约两倍的膜的长度。
2012-03-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Investigation of acoustic streaming patterns around oscillating sharp edges
振荡锐边已经被用于使用声流在微通道中实现快速和均匀的混合。在这里，我们使用摄动方法来研究微通道中的振荡锐边周围的流动。这项工作扩展了以前的实验研究，以数值表征各种参数对声诱导流的影响。我们的数值计算结果与实验结果吻合得很好。我们研究了多个器件参数，如尖端角度，振荡幅度和通道尺寸。我们的研究结果表明，由于声流的固有非线性，通道尺寸可以显着影响流动模式和设备性能。
2014-02-17 physics.flu-dyn
Deformation and breakup dynamics of droplets within a tapered channel
在本文中，我们数值研究了乳状液滴在具有窄收缩的锥形微通道中流动的破碎动力学。多组分流体与近接触相互作用的介观尺度方法捕获的收缩内相互作用的液滴的变形和破碎动力学，与实验证据一致。此外，它允许详细调查发生在破碎阶段的流体动力学现象。最后，引入并分析了一个合适的变形参数来表征系统的变形状态，通过检测在狭窄通道中流动的相互作用的液滴对。
2021-08-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Electrokinetically Driven Reversible Banding of Colloidal Particles Near the Wall
这个流体动力学视频，在第66届美国物理学会流体动力学分部年会（匹兹堡，宾夕法尼亚州），展示了如何介电胶体聚苯乙烯（PS）颗粒与负表面电荷在稀悬浮液流过微通道可以被操纵和组装成流向结构，通过使用剪切和沿流向方向施加的负电场的组合。有趣的是，这些结构仅在壁的约1 μ m内观察到，其也具有负表面电荷，并且不存在于整体流中。
2013-10-11 physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of dilute red blood cell suspensions in a microchannel flow at low Reynolds number
微流体技术通常用于红细胞（RBC）悬浮液的操作和流动介导的生物力学分析。为了提高微流控装置的性能，了解其中处理的悬浮液的动力学是至关重要的。我们报告的红细胞悬浮液在低雷诺数下流过一个典型的微通道的时空动力学的新方面。通过实验与稀释的红细胞悬浮液，我们发现一个偏离中心的两个峰值（OCTP）的细胞分布相反，通常报告的低惯性流的集中分布。这让人想起了由惯性效应引起的众所周知的“管状箍缩效应”。然而，在我们的实验中，考虑到惯性可以忽略不计的条件，需要对这种OCTP曲线进行另一种解释。我们使用浸没边界格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）在真实尺寸的微流体尺寸中对RBC流动进行了并行模拟，证实了实验结果，并阐明了违反直觉的RBC模式的潜在机制。通过分析红细胞迁移和无细胞层（CFL）的发展在一个高纵横比的通道，我们表明，这样的分布是共同决定的空间衰减的流体动力升力和全球缺乏细胞分散在稀悬浮液。我们发现CFL的发展长度大于46和28水力直径的实验和模拟，分别超过典型的长度的微流体设计。我们的工作突出了稀释悬浮液中瞬时细胞分布的关键作用，如果不考虑这可能会对实验结果的可靠性产生负面影响。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Bubble-assisted micromixing via thermally excited intrinsic air within microfluidic systems
Energy, Water, and Environment Research Center, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology（伊朗理工大学机械工程学院能源、水和环境研究中心）
本文提出了一种基于热激发内在空气产生长气泡的微流体微混合方法，通过低功耗实现高效均匀混合，适用于多种微流体应用。
2025-07-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of rigid fibers interacting with triangular obstacles in microchannel flows
结合微流控实验与数值模拟，研究刚性纤维与等边三角形柱体的相互作用，揭示四类动力学及其与初始条件和直接接触的关系，为按长度分选纤维提供依据。
2024-03-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulating acoustically-actuated flows in complex microchannels using the volume penalization technique
University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；San Diego State University（圣地亚哥州立大学）
提出利用体积惩罚技术模拟复杂微通道中声致流动，通过分割问题并采用新预条件器提升求解效率，展现与体符合网格的高一致性。
2026-01-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The vortex-driven dynamics of droplets within droplets
了解流体-结构相互作用对于软质介观材料的优化设计和制造至关重要。多核乳液是一类由可变形的油-水双液滴（核）的簇构型组装而成的软流体，其通常用作用于实现生物技术中感兴趣的装置（例如药物递送、组织工程和再生医学）的构建块。在这里，我们研究的物理多核乳液在微流体通道中流动，并报告了令人惊讶的丰富的各种驱动的非平衡态（NES），其形成是由偶极流体涡触发的剪切结构的流动载体内的微通道的数值证据。所观察到的动态制度的范围从长寿命的NES在低核心面积分数，其特征在于由行星状运动的内部滴，在高核心面积分数，其中一个前混沌运动的结果从多体碰撞的内部滴，结合自洽的流体动力学相互作用的短命的。准混乱行为的开始以核心从一个漩涡到另一个漩涡的转变为标志，我们将这一过程解释为系统通过填充空隙来最大化其熵的表现，因为空隙在胶囊内动态出现。
2021-01-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Atomic-scale Visualization of Electronic Fluid Flow
任何流体最基本的特征是速度场v（r），这对于宏观量子流体尤其如此。尽管量子流体v（r）成像技术取得了快速的进展，但带电超流体（超导体）的速度场从未被可视化。本文利用超导尖端扫描隧道显微镜对NbSe 2超导体中流动的电子对流体的电子对密度场\r{ho}_S（r）和速度场v_S（r）进行了成像。对量子化涡旋周围的v_S（r）进行成像，发现速度达到10，000 km/hr，再加上通过约瑟夫森隧穿对\r{ho}_S（r）进行的独立成像，我们看到了超电流密度j_S（r）= \r{ho}_S（r）v_S（r），其峰值超过3 x 10^7 A/cm^2。电子流体流动和磁流体力学的空间模式揭示了与晶格和准粒子束缚态共同对准的六边形结构，正如人们长期预期的那样。这些新技术为许多其他量子流体的电子流体流动可视化铺平了道路。
2021-06-23 cond-mat.supr-con physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Study of Argon Flow in a Carbon Nanotube
本研究利用分子动力学方法模拟碳纳米管内氩气流动，发现原子传输分为进入和混乱振荡两阶段，运动高度随机但完全由分子间作用力主导。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
In-depth characterization and analysis of simple shear flows over regularly arranged micro pillars, I. Effect of fluid inertia
通过高保真数值模拟，研究了规则排列微柱体的简单剪切流动。基本问题包括四边形微柱阵列上简单剪切流动的特性、流体惯性对基本流型的影响以及复杂表面摩擦的分解。结果表明，流动的特征是在流向相邻柱体之间的间隙中存在一系列微尺度的再循环涡。微涡的再循环和顶部流动的振荡爬过支柱尖端产生局部流动平流。雷诺数较小时，流体惯性较弱，流型相对于柱体中心对称。当雷诺数足够大时，流体惯性起作用并打破对称模式。顶流向下倾斜，在柱阵列上方的流体流动和微柱之间的空间中的流动之间形成螺旋长程平流。垂直于壁面方向的输送机制主要由局地平流和长程平流组成。在微结构壁面上，总摩擦力包括微柱表面流动剪切和流动压力引起的微柱的反作用力和底面流动剪切引起的底面的反作用力。对于较大的雷诺数，流体惯性阻止流体沿着微柱的弯曲表面流动，并且减小由于流动剪切引起的柱反作用力的等效剪切应力。同时，流体惯性使顶流对微柱迎风面的冲击更强烈，从而增大了微柱因流压产生的反作用力的等效剪应力。
2022-03-10 physics.flu-dyn
