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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2501.01875 (cond-mat)
[提交于 2025年1月3日 ]

标题: 密集的弹性毛发阻碍流体通道

标题: Dense array of elastic hairs obstructing a fluidic channel

Authors:Etienne Jambon-Puillet
摘要: 密集排列的柔软发状结构从与流体接触的表面突出,在生物系统中无处不在。 流体流动可以轻易地使这些柔软的毛发变形,进而影响流动特性。 在微尺度下,流动通常受到限制,这加剧了这种反馈循环,因为毛发的变形对流动几何形状有显著影响。 在这里,我通过实验和理论研究了由密集弹性毛发阵列阻塞的层流通道中的压力驱动流动。 我展示了该系统表现出非线性的水力阻力,并通过将毛发床视为可变形多孔介质来进行建模。 多孔介质的高度以及由此产生的约束程度来自于单个毛发的偏转。 所得到的流体-结构相互作用模型被用于识别控制弹性粘性耦合的无量纲阻力系数 $\hat{f}_0$ ,并用于设计微流控网络的被动流动控制元件。
摘要: Dense arrays of soft hair-like structures protruding from surfaces in contact with fluids are ubiquitous in living systems. Fluid flows can easily deform these soft hairs which in turn impacts the flow properties. At the microscale, flows are often confined which exacerbates this feedback loop since the hair deformation has a strong impact on the flow geometry. Here, I investigate experimentally and theoretically pressure driven flows in laminar channels obstructed by a dense array of elastic hairs. I show that the system displays a nonlinear hydraulic resistance that I model by treating the hair bed as a deformable porous media. The porous media height and thus degree of confinement results from the deflection of individual hairs. The resulting fluid-structure interaction model is leveraged to identify the dimensionless drag force $\hat{f}_0$ controlling the elasto-viscous coupling and used to design passive flow control elements for microfluidic networks.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2501.01875 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2501.01875v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01875
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Etienne Jambon-Puillet [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 1 月 3 日 15:56:33 UTC (1,445 KB)
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