We study the behavior of an elastic loop embedded in a flowing soap film. This deformable loop is wetted into the film and is held fixed at a single point against the oncoming flow. We interpret this system as a two-dimensional flexible body interacting in a two-dimensional flow. This coupled fluid-structure system shows bistability, with both stationary and oscillatory states. In its stationary state, the loop remains essentially motionless and its wake is a von Kármán vortex street. In its oscillatory state, the loop sheds two vortex dipoles, or more complicated vortical structures, within each oscillation period. We find that the oscillation frequency of the loop is linearly proportional to the flow velocity, and that the measured Strouhal numbers can be separated based on wake structure.
On angled bounce-off impact of a drop impinging on a flowing soap film
小液滴有角度地撞击在薄的流动肥皂膜上经常表现出与更常见的流体动力学相互作用一起工作的体积弹性效应的罕见出现。可观察到三种碰撞状态:(a)液滴穿透膜,(b)液滴与流聚结,以及(c)液滴从膜表面反弹。在冲击期间,液滴随着膜的大部分弹性形变而变形。对于接近切向的撞击,反弹机制占主导地位。我们概述了一个降阶的分析框架,假设一个可变形的液滴和一个可变形的三维薄膜,和理想化调用基于相位的参数研究。薄膜的倾斜角和冲击前后液滴尺寸的比值决定了相位参数。我们还进行了实验,垂直下降的液滴对倾斜的肥皂膜,恒定的压力头下流动的影响。模型预测相域的反弹比较以及我们的实验结果。此外,实验显示动量转移到薄膜的形式脱落涡偶极子,随着自由表面波的传播。在咨询以前发表的工作,我们注意到,对于运动的水行走的昆虫使用的脉冲动作,动量分布的脱落涡和波都是显着的,分别采取2/3-rd和1/3-rd的传递流向的动量。鉴于潜在的类似的脉冲行动,这一理论适用于反弹的例子在我们的实验中,和由此产生的脱落涡偶极子动量相比,从粒子成像测速数据计算的动量。幅度揭示了相同的顺序($10^{-7}$ N $\cdot$),这表明反弹制度可以作为一个简单的模拟界面生物运动依赖于脉冲反应。
Flowing menisci: coupled dynamics and liquid exchange with soap films
Université Côte d’Azur(蔚蓝海岸大学);CNRS(法国国家科学研究中心);INPHYNI(物理化学与界面研究所);Université de Rennes(雷恩大学);IPR (Institut de Physique de Rennes)(雷恩物理研究所);Institut Universitaire de France (IUF)(法兰西学院)
Computational modeling of active deformable membranes embedded in 3D flows
活性凝胶理论最近已经非常成功地描述了生物活性材料,如肌动蛋白丝或移动的细菌在时间上固定和简单的几何形状,如立方体或球体。在这里,我们开发了一种计算算法来计算嵌入在3D流动液体中的任意形状的、可变形的活性材料薄膜的动态演化。为此,我们的算法结合了主动凝胶理论与经典理论的薄弹性壳。为了计算由主动应力产生的实际力,我们对三角形薄膜表面应用抛物面拟合程序。然后,通过浸没边界方法将主动力动态地耦合到周围流体,其动态可以通过任何标准(例如,Lattice-Boltzmann)流动求解器来求解。我们使用[Berthoumieux et al. New J.Phys.16,065005(2014)]的格林函数来验证我们的算法,该格林函数用于经受(i)局部增加的主动应力和(ii)均匀主动应力的主动圆柱形膜。对于后一种情况,我们预测,此外,到目前为止未观察到的非轴对称不稳定性。我们突出了我们的方法的多功能性,通过分析内的流场嵌入外部剪切流的一个积极变形的细胞。进一步的应用可以是细胞质流动或血流中的活性膜。