science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe zwevende deeltjes de dynamiek van vloeistofstromen beïnvloeden

Een van de meest prominente publicaties in de natuurkunde, Fysieke beoordeling X , accepteerde een artikel van Sangwoo Shin, een University of Hawai'i at Mānoa assistent-professor in werktuigbouwkunde. Het artikel is getiteld Accumulatie van colloïdale deeltjes in stroomknooppunten geïnduceerd door vloeistofstroom en diffusioforese.

Shin onderzoekt hoe ondergrondse watervoerende lagen, hydraulische breuken, kusthabitats en waterfiltratiesystemen hebben allemaal te maken met de stroming van water dat zwevende deeltjes bevat. Typisch, deze deeltjes zullen naar verwachting meebewegen met de vloeistofstroom, tenzij de deeltjes groot genoeg zijn om het kanaal te verstoppen of plakkerig genoeg zijn om aan grenzen te hechten.

Echter, dit is niet altijd het geval als er opgeloste stoffen in de vloeistof zijn opgelost. Shin en zijn team laten zien dat de deeltjes vast kunnen komen te zitten en grote stroomkanalen snel kunnen verstoppen vanwege de opgeloste stoffen.

Wanneer twee stromen met verschillende concentraties opgeloste stoffen in contact zijn in de buurt van een kruispunt, een scherpe gradiënt van opgeloste stoffen wordt gevormd op het grensvlak, waardoor de deeltjes tegen de stroomrichting in kunnen bewegen.

Bijgevolg, de deeltjes hopen zich op bij de ingang van de porie, snel de porie innemen. Dit gedrag heeft belangrijke gevolgen voor de verstopping van een poreus medium, waar deeltjes die een orde van grootte kleiner zijn dan de poriebreedte zich binnen korte tijd kunnen ophopen en de poriën kunnen verstoppen.

Mogelijke praktische voorbeelden van deze deeltjesvangst zijn onder meer de ontwikkeling van microbiële biofilms en biofilmstreamers in bepaalde natuurlijke habitats, evenals het onderbreken van orale en gastro-intestinale microbiële infecties in het menselijk lichaam.

Het onderzoek van het team toont ook aan dat dit effect kan worden gebruikt als een nuttig hulpmiddel voor het scheiden van biomoleculen zoals DNA voor biomedische toepassingen.

Shin was een van 's werelds 100 toonaangevende wetenschappers op een wereldwijde bijeenkomst in november van vooruitstrevende individuen uit meer dan 75 landen.