Hvordan suspenderede partikler påvirker væskestrømningsdynamikken

En af de mest fremtrædende publikationer inden for fysik, Fysisk gennemgang X , accepterede en artikel af Sangwoo Shin, et universitet i Hawaii ved Mānoa adjunkt i maskinteknik. Artiklen har titlen Accumulation of Colloidal Particles in Flow Junctions induced by Fluid Flow and Diffusiophoresis.

Shin undersøger, hvordan underjordiske akviferer, hydrauliske brud, kystnære levesteder og vandfiltreringssystemer omhandler alle vandstrømmen, der indeholder suspenderede partikler. Typisk, disse partikler forventes at bevæge sig sammen med væskestrømmen, medmindre partiklerne er store nok til at tilstoppe kanalen eller klæbrige nok til at overholde grænser.

Imidlertid, dette er ikke altid tilfældet, når der er opløst stof i væsken. Shin og hans team viser, at partiklerne hurtigt kan blive fanget og tilstoppe store strømningskanaler på grund af de opløste opløste stoffer.

Når to strømme med forskellige opløste koncentrationer er i kontakt nær et kryds, der dannes en skarp opløst gradient ved grænsefladen, tillader partiklerne at bevæge sig mod strømningsretningen.

Følgelig, partiklerne ophobes nær porens indgang, optager hurtigt poren. Denne adfærd har vigtige konsekvenser for tilstopning af et porøst medium, hvor partikler, der er størrelsesordener mindre end porebredden, kan akkumulere og blokere porerne inden for en kort periode.

Mulige praktiske eksempler på denne partikelfangst omfatter udvikling af mikrobielle biofilm og biofilmstrømmere i visse naturlige levesteder, samt afbrydelse af orale og gastrointestinale mikrobielle infektioner i menneskekroppen.

Teamets forskning viser også, at denne effekt kan bruges som et nyttigt værktøj til adskillelse af biomolekyler såsom DNA til biomedicinske applikationer.

Shin var blandt verdens 100 førende forskere ved en global samling i november af fremadstormende personer fra mere end 75 lande.