Secondary Concentration Plateau and Formation of Flow Stagnation by Ion Concentration Polarization in Microchannels
近年来，离子在选择性渗透介质中的输运由于其在纳米电动力学的基础理解的进步以及创新的工程应用中的应用而得到了广泛的研究。在这种情况下，一个关键的现象是离子浓度极化（ICP），发生在附近的选择性渗透纳米多孔膜或直流偏压下的纳米通道。在经典的设置中，涉及电压驱动的离子通过选择性渗透膜的传输，浓差极化被很好地理解为在阳离子选择性膜的阳极侧形成陡峭的浓度下降以达到接近零浓度（耗尽层）。与此经典的描述相反，我们在这里证明，当ICP被驱动在微通道中，并与电渗流耦合在扩散层前面的长尾荧光层形成，这可以被表征为在浓度分布中的附加平台。使用微/纳流体平台、原位可视化和通过微电极阵列的局部浓度测量，我们量化该平台层具有本体电解质浓度的60%的浓度，而不管本体浓度本身。使用的流量，电荷和盐的守恒定律的数学分析，我们表明，这个高原地区是有关的形成一个流动的停滞点，由于电渗透和诱导压力驱动的流量之间的竞争。与实验一致，该分析预测平台浓度为本体电解质的60%。因此，该平台浓度区域完成了微通道中的ICP的图像，这引起了电动力学和微/纳米流体领域的显著关注。
2019-10-30 physics.app-ph physics.flu-dyn
Swirl flow in microchannels: patterned slip walls enhance heat transport
Instituto de Ciencias（科学学院）；Universidad Nacional de General Sarmiento（圣马丁国立大学）；Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas（国家科学研究委员会）；Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IET-2)（埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
通过图案化滑移壁诱导旋流，提升微通道热传递效率，无需额外能量输入。
2026-03-10 physics.flu-dyn
Particle and thermo-hydraulic maldistribution of nanofluids in parallel microchannel systems
微尺度多通道装置中的流体不均匀分布需要深入理解，以实现优化的流动和传热特性。一个彻底的计算研究已被执行，以了解浓度和热工水力分布不均的纳米流体在平行的微通道系统使用欧拉拉格朗日双相模型。研究表明，纳米流体不能被视为均匀的单相流体在这样复杂的流动域和有效的属性模型无法预测的性能参数急剧下降。为了理解颗粒相的分布，提出了一种新的浓度分布不均因子。已经观察到，颗粒的分布基本上不需要遵循流动模式，从而导致比从均质模型预期的更高的热性能。颗粒分布不均已被最终证明是由于各种迁移和扩散现象，如斯托克斯阻力，布朗运动，热泳漂移等颗粒分布对冷却性能的影响已被说明和智能流体效应（降低幅度的最高温度）已被观察到，并提出了一个数学模型来预测在这种流动的几何形状增强冷却性能。介绍了离散相方法在纳米流体热工水力学建模中的有效性，并对纳米流体在复杂流场中的行为进行了深入的研究。
2015-12-14 physics.flu-dyn
High-throughput controlled droplets generation through a flow-focusing microchannel in shear-thinning fluids
本研究通过三维CFD模拟，利用CLSVOF方法系统探究了剪切变稀流体中流变特性、流速和界面张力对高通量液滴生成的影响，揭示了各参数对液滴尺寸和流型的调控规律，为药物递送和微流控技术提供指导。
2025-07-16 physics.flu-dyn
Experimental Verification of Overlimiting Current by Surface Conduction and Electro-osmotic Flow in Microchannels
在无支撑电解质中，超过扩散限制的过限电流的可能机制已经被深入研究，因为它们在脱盐、分离、传感和能量存储中的基本意义和应用。在本体膜系统中，主要的物理机制是由膜表面上的电渗不稳定性驱动的电对流。最近有人预测，在微通道或多孔介质中的带电表面的限制有利于两个新的机制，电渗流（EEP）和表面导电（SC），驱动的耗尽区中的大电场作用在侧壁上的双电层。在这里，我们提供了第一个直接的证据，从SC到超临界通道高度以上的过渡，使用原位粒子跟踪和电流-电压测量的微/纳流体设备。过限电导对沟道深度（d）的依赖性与理论预测一致，SC的标度为d^-1，SiGe的标度为d^4/5，在d= 8 μ m附近发生跃迁。这一完整的表面驱动过限电流图像可以指导微流体和多孔介质中离子浓差极化现象的工程应用。
2014-09-10 physics.flu-dyn
Interwell Simulation Model for the Advection Dispersion Equation (ISADE)
污染物在多孔介质中的传输通常通过求解平流扩散方程（ADE）来建模，该方程描述了污染物在本体流体中的移动方式以及由于流体相的本体移动而导致的污染物的移动。然而，污染物输运的模拟可以证明是计算昂贵的，特别是如果多孔介质被离散成高分辨率的网格块。本文提出了一个对流扩散方程井间模拟模型（ISADE），用于预测抽油井污染物浓度。该方法包括两个主要步骤。最初，该模型将含水层或储层划分为一系列一维注入-生产对，并使用历史污染物观测数据来估计每个控制体积中的五个主要未知数：井间连通性、孔隙体积、网格面处的体积流量、分散系数和每个控制体积中的网格数。最后，一旦历史匹配过程完成，估计的变量用于预测在井处观察到的污染物的浓度。五个例子的情况下进行了研究，结果表明，ISADE模型是能够预测与合理的精度所观察到的污染物的浓度。此外，该模型可以很容易地处理输入参数的变化，如含水层中释放的污染物的浓度，以及注入和生产率。
2021-11-25 physics.flu-dyn
Active control of ion transport within a nanofluidic system
诱导与受外部施加的电场影响的选择性渗透膜或纳米通道相邻的高和低离子浓度区域的能力（称为浓度-极化的现象）已经用于从芯片上脱盐、细菌过滤到生物分子预浓缩的广泛应用。但是这些应用受到控制扩散层长度的能力的限制，扩散层的长度通常由纳米流体系统的固定几何和表面性质间接规定。在这里，我们证明了耗尽层可以动态地变化，诱导受控的温度梯度与所施加的电场的相互作用驱动的电流。为此，在微通道的底部嵌入了一系列可以根据需要单独激活的微型加热器，并表征了它们的激活与离子浓度之间的关系。扩散层的这种时空控制可用于通过产生较短的耗尽层来增强芯片上电渗析，以相对于基于纳米通道的（生物）感测的纳米通道的电阻动态地降低微通道电阻，以产生使人联想到二极管样行为的电流整流，并控制分析物的预浓缩塞或盐水和脱盐流的界面的位置。
2018-03-08 physics.flu-dyn
Interaction and breakup of droplet pairs in a microchannel Y-junction
我们结合理论，数值模拟和实验来研究两个相同的液滴进入Y形接头的破碎与控制的空间偏移，第二液滴落后于第一。基于完全解决的三维模拟，我们描述的流动物理导致分手。标度参数、数值模拟和实验一致表明，对于较小的初始偏移量，液滴碎片体积总是会发生破碎，并且与偏移量呈线性关系。在临界偏移以上，其随毛细管数增加，液滴顺序地进入收缩部而不破裂。我们的结果对于理解流过导致收缩的线性收敛通道的致密乳液的破裂行为具有重要意义。这种几何形状通常用于液滴微流体应用中的液滴含量的连续询问，其中液滴破裂可以限制这种过程的最大吞吐量。对于毛细管数高达$Ca\simeq10^{-2}$，Y形接头中的两液滴系统的结果与流过线性会聚通道的致密乳液中的破裂观察结果一致。初始偏移和所产生的两个液滴系统中的分裂之间的确定性关系表明，在致密乳液的分裂中观察到的随机性来自多液滴相互作用。从实验中确定的初始偏移量和液滴碎片体积之间的线性关系中的前因子的数值略有不同，从完全解析的数值模拟中提取的一个。这种差异表明，即使在非常高的本体表面活性剂浓度，限速表面活性剂吸附动力学允许马兰戈尼应力发展和修改液滴动力学。
2020-08-03 physics.flu-dyn
Physics-Informed Neural Network Method for Forward and Backward Advection-Dispersion Equations
本文提出了一种基于物理信息神经网络（PINN）的无离散化方法，用于求解具有空间相关水力传导系数的对流-弥散和达西流耦合方程。在这种方法中，渗透系数，水头和浓度场近似与深度神经网络（DNN）。我们假设电导率场由其在网格上的值给出，并且我们使用这些值来训练电导率DNN。通过最小化流量方程和ADE的残差并使用初始和边界条件作为附加约束来训练压头和浓度DNN。将PINN方法应用于一维和二维正向对流-弥散方程（ADEs），并将其在不同Péclet数（$Pe$）下的性能与解析解和数值解进行了比较.我们发现，PINN方法是准确的，误差小于1%，优于一些传统的基于离散化的方法，$Pe$大于100。接下来，我们证明了PINN方法对于后向ADE仍然是准确的，与参考浓度场相比，在大多数情况下的相对误差保持在5%以下。最后，我们表明，当可用时，浓度测量可以很容易地纳入PINN方法，并显着提高（超过50%，在考虑的情况下）的PINN解决方案的向后ADE的准确性。
2020-12-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Microvalve-Based Tunability of Electrically Driven Ion Transport Through a Microfluidic System with Ion-Exchange Membrane
微流体通道具有嵌入的离子选择性渗透介质，在施加电流的情况下通常用于电动过程，如芯片上离子浓差极化（ICP）和生物颗粒预浓缩以增强生物传感。在这里，我们展示了通过集成可单独寻址的微阀来动态控制电驱动离子传输的能力。微阀沿着主微通道定位，该主微通道均匀地涂覆有离子交换膜（IEM）的薄层。在施加电流下，微通道内的溶液和薄IEM之间的离子传输的相互作用可以通过微阀的变形来局部调节。这种可调谐性提供了将新功能实现到芯片实验室设备中的鲁棒且简单的手段，例如，对多个ICP层及其相关的预浓缩分子塞的动态控制、多路传感、生物污染的抑制以及塞分散，同时保持微阀作为空间过滤的公知应用。
2022-11-20 physics.flu-dyn
Concentration of Stationary Measures onto Large Scales in the Fast-Advection Limit of the Stochastically Forced Two-Dimensional Navier-Stokes Equations
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文研究随机强迫二维Navier-Stokes方程在快速平流极限下，平稳测度向最低傅里叶模态集中，且极限值可能不依赖强迫，$B_1/B_0$仅影响收敛速率。
2026-09-24 cs.NA math-ph math.MP
Experimental investigations on geometry modulated solute mixing in viscoelastic media
本研究结合实验、数值模拟与 MATLAB 图像分析，考察立体光刻制备的几何改性微通道中聚合物溶液混合，揭示惯性—弹性不稳定性及其对被动式微混合器设计的意义。
2022-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Controlled Ion Transport in the Subsurface: A Coupled Advection-Diffusion-Electromigration System
本文提出耦合对流-扩散-电迁移系统，结合Lattice-Boltzmann-Poisson方法模拟多孔介质离子输运，并基于Pe数和电扩散指数EDI划分四种输运状态，为地下水污染修复提供优化控制依据。
2023-08-09 physics.flu-dyn
Evaporative thermo-fluidics and deposition patterns in surface-active droplets
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼分校）
研究表面活性剂负载液滴蒸发过程中热质传输和沉积模式，通过实验和理论分析揭示表面活性剂浓度与润湿性对蒸发速率及对流的影响。
2026-04-15 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Advection-modulated gaseous diffusion through an orifice
Carlos III University（卡洛斯三世大学）；UC San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文研究了通过孔口的气态扩散，考虑了对流和扩散的耦合效应，通过解析解和数值方法分析了不同Schmidt和Péclet数下的质量传输和压力分布。
2026-02-24 physics.flu-dyn
Analysis of electro-osmotic flow in a microchannel with undulated surfaces
研究了在外加电场作用下，两起伏表面间通道内的电渗流。沟道的间隙非常小，与双电层的厚度相当。用格子Boltzmann方法模拟了电位的Poisson方程、离子浓度的Nernst-Planck方程和电解质溶液流动的Navier-Stokes { \color{black}方程}组成的模型。一个分析模型，预测流量的假设下，通道的宽度是非常小的沿通道的变化的特征长度相比，也来自。将解析结果与用格子玻尔兹曼方法得到的数值结果进行了比较。在沿通道的表面电荷密度恒定的情况下，通道宽度的变化减小了电渗流，并且流率小于直通道的流率。在表面电荷密度均匀分布的情况下，即使在沿通道的零净表面电荷的限制下，也会发生单向流动。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Soluto-thermo-hydrodynamics influenced evaporation of sessile droplets
本文从实验和理论两方面探讨了固着盐水液滴的蒸发动力学。观察结果表明，溶剂化离子的存在导致调制蒸发动力学，这是进一步的表面润湿性的函数。在亲水性表面上，增加盐浓度导致蒸发速率增加，而在超疏水性表面上，它首先随着浓度增加和减少。此外，蒸发状态恒定接触角或恒定接触半径的性质和程度取决于盐浓度。基于通过显微镜观察到的液滴内晶体成核行为，解释了超疏水表面上的蒸发减少。注意到PdR扩散驱动的蒸发模型不能预测调制的蒸发速率。此外，由于溶剂化盐引起的表面张力和静态接触角的变化也不能解释改进的蒸发行为。使用PIV观察液滴内产生的内部平流，并取决于盐浓度。平流动力学已被用来解释和量化的改进的蒸发行为，通过呼吁界面剪切修改的Stefan流的概念，蒸发液滴周围。分析导致蒸发率的准确预测。此外，另一个缩放分析已被提出，表明系统内的热和溶质Marangoni平流导致的平流行为。分析还表明，主导模式是溶质平流和理论预测的内环流速度具有良好的精度。这一发现对微流体传热和物质传输系统具有重要意义。
2019-11-25 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
High Schmidt-Number Turbulent Advection and Giant Concentration Fluctuations
我们考虑了热噪声对湍流粘性耗散区高施密特数混合的Batchelor-Kraichnan理论的影响。利用低马赫数下二元流体混合物的波动流体动力学，我们证明了在耗散范围内确定性Navier-Stokes解的线性化。对于后者的解决方案，我们采用标准的Kraichnan模型，并推导出渐近高施密特极限方程的浓度场，其中的热速度波动准确地表示为高斯随机速度，这是白色的时间。我们得到的浓度谱在这个高施密特限制模型的精确解，表明在粘性对流范围内的巴彻勒预测是不变的。热噪声显着重整裸扩散率在这个范围内，但效果是相同的层流，因此隐藏的现象。然而，在低于巴彻勒长度的尺度（通常为微米尺度）的粘性扩散范围内，基于确定性纳维-斯托克斯方程的预测被热噪声急剧改变。而经典理论预测迅速衰减的光谱在粘性扩散范围内，我们得到一个$k^{-2}$幂律谱开始低于巴彻勒长度。该光谱对应于非平衡巨浓度波动，这是由于实验上观察到的静态流体中的热速度波动平流强加的浓度变化。在较高的波数下，由于平衡分子波动，浓度谱变为$k^2$均分谱。我们对水-甘油和水-荧光素混合物进行了详细的预测。最后，我们讨论了广泛的影响，湍流和新的应用程序，我们的方法实验访问层流。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
The Kraichnan Model and Non-Equilibrium Statistical Physics of Diffusive Mixing
我们讨论的应用程序的方法从Kraichnan模型的湍流平流的非平衡浓度波动在液体混合物中扩散过程中产生的研究在高施密特数。这种方法处理浓度波动的非线性平流准确，没有线性化。值得注意的是，我们发现，静态和动态的结构函数，通过这种方法得到的重现精确的线性化波动流体动力学的预测。有人认为，这种协议是一个类似的异常非重整化，但是，不保护高阶多点相关。因此，后者应该产生非零累积量，不像线性化理论预测的高斯浓度波动。
2022-10-17 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Time-averaged transport in oscillatory squeeze flow of a viscoelastic fluid
已知周期性驱动流分别由于异相速度场和温度/浓度场的相互作用而产生非零的、时间平均的热通量或溶质物质通量。在这里，我们调查这样的运输（一种形式的著名的泰勒-阿里斯分散体）在两个平行板之间的间隙，其中之一垂直振荡，产生的时间周期性的挤压流的牛顿或麦克斯韦流体。利用多时间尺度均匀化方法，将描述该流动中输运的质量/热平衡方程简化为一维对流-扩散-反应方程。这一结果表明，在系统中的质量/热传递的三个有效的机制：一个有效的扩散，沿着浓度/温度梯度传播质量/热，一个有效的平流通量，和一个有效的反应，释放或吸收质量/热-在时间平均帧。研究结果表明，当无量纲板振动频率（Womersley数，瞬时惯性力与粘性力之比）接近某一特定值时，存在速度峰值的共振模式.因此，在这种流动中的传输是显着的无量纲频率的影响。一方面，有效的，时间平均的色散系数总是大于分子的扩散系数，并急剧增强附近的共振。流体弹性和振荡力之间的相互作用提高了系统中的传输效率。另一方面，所识别的有效平流和反应机制可以将质量/热量从高浓度/温度的区域传输到低浓度/温度的区域，反之亦然，这取决于无量纲频率的值。
2020-08-18 physics.flu-dyn
Numerical Considerations for Advection-Diffusion Problems in Cardiovascular Hemodynamics
由于Péclet数和Neumann边界处的回流范围很广，心血管物质输运的数值模拟带来了重大挑战。在本文中，我们提出并讨论了几个数值工具，以解决这些挑战的背景下，稳定的有限元计算框架。为了克服回流发生在诺依曼边界时的数值不稳定性，我们提出了一种基于总通量处方的方法。此外，我们引入了一个“一致通量”的出流边界条件，并证明了其优越的性能比传统的零扩散通量边界条件。最后，我们讨论了不连续性捕获（DC）稳定技术，以解决众所周知的振荡行为的解决方案附近的浓度front-in对流占主导地位的flow.We在理想化的和病人的具体的几何形状的数值例子来证明所提出的程序的有效性。本文讨论的三个贡献，使成功地解决常见的挑战时，模拟心血管流动的质量传输过程。
2020-01-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulation and analysis of mixing enhancement due to chaotic advection using an adaptive approach for approximating the dilution index
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种自适应方法用于近似稀释指数，以研究混沌对流引起的混合增强，通过分析源-汇偶极子和旋转势能混合系统，展示了混合增强与扩散的重要性。
2026-01-28 physics.flu-dyn
Competing advection decelerates droplet evaporation on heated surfaces
在这篇文章中，我们报告的非典型和异常的蒸发动力学的盐水固着液滴表面与高温。在之前的研究中，我们表明，当衬底不加热时，与水滴相比，盐水固着液滴蒸发得更快。在本研究中，我们发现，在加热表面的情况下，盐水液滴蒸发速度比水对应物慢，从而构成一个反直觉的现象。蒸发速率的降低直接取决于盐浓度和表面润湿性。液滴周围的自然对流和表面张力的热调制被发现是不足以解释的机制。使用粒子图像测速PIV的流动可视化显示，在盐水液滴内的变形平流是被捕蒸发背后的一个可能的原因。红外热成像是用来映射液滴的热状态。提出了一种基于热溶质Marangoni的结垢分析方法。据观察，马兰戈尼和内部平流承担的热梯度和溶质梯度是竞争性的，从而导致整体衰减的内部循环速度，从而降低了蒸发率。理论计算得到的平流速度与实验结果一致。这项研究揭示了一种新颖而异常的物种在盐液滴中的传输行为。
2020-01-13 physics.app-ph physics.flu-dyn
Slip of submerged two-dimensional liquid-infused surfaces in the presence of surfactants
采用数值模拟的方法，研究了表面活性剂引起的Marangoni应力对含横向沟槽的液体注入表面（LIS）有效滑移长度的影响。假设表面活性剂可溶于剪切表面的外部液体中，并且可以吸附到界面上。使用两种不同的吸附模型：一个经典的Frumkin模型和一个更先进的模型，更好地描述了表面张力的减少，为微小的浓度。模拟结果表明，LIS可能面临更严重的影响，表面活性剂比以前研究的超疏水表面。通过建立有效滑移长度的解析模型，可以预测滑移长度显著减小的临界表面活性剂浓度。如果适当调整，该分析模型在统一的框架上描述了LIS的两种吸附模型。我们还提前了解时，表面活性剂平流引起高度歪斜的界面浓度-所谓的部分停滞帽制度。为了更好地近似，该状态只能在低于由Marangoni数和表面活性剂强度给出的特定表面活性剂浓度下存在。
2022-10-01 physics.flu-dyn
Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation: application to bedload transport
重力驱动的粒度分离在山区河流中是很重要的，在那里，各种粒度的泥沙作为推移质输送。更具体地说，垂直尺寸偏析是一个多尺度的过程，起源于相互作用的颗粒尺度上的到达尺度上的重要形态后果。为了解决这个问题，基于颗粒间分离力（Guillard等人，2016年）和颗粒斯托克斯拖曳力（Tripathi和Khakhar，2013年），开发了浸没双分散颗粒流的体积平均多相流模型。一个对流扩散模型，来自该模型产生的对流和扩散系数的基础上粒子间的相互作用的parametrisations。这种方法使得弥合颗粒尺度物理学和连续介质模型之间的差距成为可能。这两个模型都成功地与现有的离散元模型（DEM）模拟推移质输运中的粒度分离进行了测试（Chassagne等人，2020年）。通过对颗粒力的详细研究，证明了所观察到的对流和扩散系数随惯性数的缩放可以由颗粒阻力对粘度的依赖性来解释。阻力系数与小颗粒浓度呈线性关系。分离力与摩擦系数的标度关系被确认和其他非平凡的依赖关系，包括惯性数和小颗粒浓度被确定。最后，在分离力中添加尺寸比依赖性完美地再现了大范围的小颗粒浓度和尺寸比的DEM结果。
2020-05-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Advection-dominated transport past isolated disordered sinks: stepping beyond homogenization
我们调查的溶质运输过去孤立的汇在有界的域时，平流是占主导地位的扩散，评估均匀化近似的有效性时，汇均匀随机分布在空间中。对这种近似的修正可以是非局部的、非光滑的和非高斯的，这取决于物理参数（假设Péclet数Pe很大，Damköhler数Da）和汇的紧凑性。在一个空间维度上，溶质分布发展的阶梯结构大Pe，更好地描述与可信的间隔比传统的时刻与校正。在二维和三维，溶质分布是近奇异的在每个水槽（和正规化的水槽大小），但他们的时刻可以作为一个结果，在可变的水槽位置的集合平均平滑。我们近似修正的均匀化近似使用的时刻膨胀法，取代其自由空间形式的格林函数，并测试预测模拟。我们展示了如何，在两个或三个维度上，无序的领先顺序的影响，可以捕获在一个均匀化近似的合奏平均浓度，通过修改Da的增长与减小的水槽大小。
2022-04-13 physics.flu-dyn q-bio.QM
Numerical and analytical approaches to an advection-diffusion problem at small Reynolds number and large Péclet number
要详细了解细胞与其环境之间的物理相互作用，通常需要有关细胞周围流体流动的信息。细胞必须能够有效地吸收和丢弃物质才能生存。营养物质的获取和毒素的处置策略，这已被进化选择为他们的功效，应该反映知识的物理基础，这一质量运输问题。出于这些考虑，在本文中，我们讨论的结果，从一个本科研究项目的对流扩散方程在小雷诺数和大Péclet数。特别是，我们考虑的问题，质量运输的斯托克斯球形游泳者。我们通过重新调整浓度边界层的尺度，用数值方法和解析方法来解决这个问题。一个biopepidically动机的第一次通过问题的游泳细胞的吸收材料的数值和分析方法之间的定量协议。最后，我们讨论了我们的研究结果和智能毒素处理系统的设计之间的联系。
2017-08-31 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Microfluidic free interface diffusion: measurement of diffusion coefficients and evidence of interfacial-driven transport phenomena
我们已经开发了一种微流体工具来测量水溶液中溶质的扩散系数$D$，通过以下的时间松弛的初始陡峭的浓度梯度在微通道中。我们的芯片利用多层软光刻和气动微阀的打开来触发纯水和最初由阀在通道中分离的溶液的相互扩散，即所谓的自由界面扩散技术。另一个与扩散区相距一定距离的微型阀关闭通道，从而抑制对流。使用该芯片，我们测量了从小分子到聚合物和胶体的宽尺寸范围内的水中溶质的扩散系数，其值范围为$D \in [10^{-13}- 10^{-9}]$ ~m $^2$ /s。相同的实验，但添加胶体示踪剂也揭示了由于溶质浓度梯度的存在下的扩散-电泳和扩散-渗透现象。然而，我们表明，这些界面驱动的传输现象不影响在探索的浓度范围内的溶质扩散系数的测量。
2022-08-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffusiophoresis at the macroscale
扩散电泳，一种普遍存在的现象，诱导颗粒运输时，溶质浓度梯度存在，最近观察到的微系统的背景下，并显示出强烈的影响胶体运输（图案化和混合）在这样的规模。在目前的工作中，我们实验表明，这种纳米级的机制可以诱导的变化，在宏观尺度上的混合胶体的混沌平流。而不是浓度的标准偏差的衰减，这是一个全球性的参数，通常采用的研究混合，我们而是使用多尺度的工具，从混沌流或间歇性湍流混合的研究：浓度谱和二阶和四阶矩的标量梯度的概率密度函数。这些工具不仅可以用于开放流，还可以进行逐尺度分析。引人注目的是，diffusiophoresis被证明会影响所有的尺度，虽然更特别的是小的，导致标量的变化，并在一个不寻常的规模跨越超过7个数量级的桥接。通过量化扩散电泳对宏观尺度混合的平均影响，我们解释了为什么观察到的效果是一致的引入一个有效的Péclet数。
2016-07-06 physics.flu-dyn
Viscoelectric Effects in Nanochannel Electrokinetics
纳米通道中的电动传递行为不同于较大尺寸通道中的电动传递行为。具体而言，纳米通道中的分子动力学（MD）模拟已经证明了在微通道中未观察到的两种很少理解的现象，即：（i）在高表面电荷密度下平均电渗迁移率的降低，以及（ii）随着表面电荷的增加，在高盐浓度下通道电导率的降低。然而，目前的双电层模型没有捕捉到这些结果。在这项研究中，我们提供的证据表明，这种不一致性主要是由于忽略了传统的连续介质模型中的粘电效应（由于水分子取向附近的带电表面的局部粘度增加）。结果表明，在一个狭缝纳米通道中的电渗流动性的预测，来自一个粘电修改的连续模型，与以前的MD模拟结果定量一致。此外，粘电效应被发现占主导地位的离子空间位阻和介电饱和效应在电渗和离子传输过程。最后，我们指出，以前的MD观察到的现象的机制可以很好地解释的粘电理论。
2016-11-14 physics.flu-dyn
Fluid flow enhances the effectiveness of toxin export by aquatic microorganisms: a first-passage perspective on microvilli and the concentration boundary layer
生物体在发育过程中面临的一个核心挑战是确定一种有效地从发育中的胚胎内输出有毒分子的方法。对于水生微生物来说，所采用的策略应能适应多变的海洋环境，并限制出口毒素被重吸收的机会。因此，毒素输出的问题与流体中的质量传输物理学密切相关。在本文中，我们考虑了一个模型的第一次通过问题的吸收出口毒素的球形胚胎。通过考虑宏观尺度的流体湍流如何体现在胚胎的微观尺度上，我们确定流体流动增强了毒素出口的有效性相比，扩散限制运输的情况下。在大Péclet数的区域，对流扩散方程的微扰解揭示了在胚胎表面形成浓度边界层。模型结果表明，在出口过程中的细胞表面粗糙度的功能作用，与浓度边界层的厚度设置的长度尺度为细胞膜突起称为微绒毛。我们强调模型结果和海胆胚胎发育实验之间的联系。
2014-09-16 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Nutrient Transport in Concentration Gradients
研究非均匀和斑块状营养场中固着纤毛虫的最优纤毛运动策略，通过球壳模型和对流扩散方程发现，与梯度对齐的踏步纤毛运动能最大化营养摄取，且摄取量与时间和Péclet数乘积的平方根成正比。
2024-12-21 physics.bio-ph physics.flu-dyn
