CAREER: Microflow of highly viscous fluids: mixing and dissolution processes

职业:高粘性流体的微流:混合和溶解过程

基本信息

  • 批准号:
    1150389
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-06-01 至 2018-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1150389CubaudHigh-viscosity fluids represent a broad class of materials that are essential to many aspects of energy technologies and life. We know from everyday observation that viscous fluids are sticky and thick. They tend to attach to surfaces and they form filamentous structures when manipulated. Their large viscosity coefficient makes them slow and difficult to displace, and blending them with other materials requires a long time. Today, the limited supplies of fossil energy resources require the development of innovative methods for finely handling viscous materials and gaseous byproducts over multiple length scales. This project combines educational and research activities designed to expand the scientific foundations for new and improved manipulations of highly viscous fluids at the small scale. Novel strategies will be deployed to rapidly mix and enrich thick materials using high-pressure microfluidic devices. Two research thrusts are proposed. The first involves blending low- and high-viscosity miscible fluids in continuous flow configurations. The formation of viscous stratifications and the stability of lubricated threads against diffusion, inertia, and viscous buckling phenomena will be experimentally and numerically modeled in confined microgeometries. The second investigation focuses on microscale dissolution processes of carbon dioxide with viscous fluids. Segmented microflows of dissolving gas bubbles will be examined for impregnating viscous substances and unlocking the fundamentals of carbon sequestration in porous-like media. This work will lead to the development of predictive models and improve our understanding and practical use of liquid/liquid and liquid/gas multiphase flows in the presence of diffusive interfaces at the small scale.Intellectual merit: This project will provide a comprehensive and unifying picture of the flow behavior of viscous fluids with miscible lubricants. A series of carefully designed experiments, theoretical arguments, and numerical modeling will generate a reliable and systematic knowledge concerning the emerging properties of high-viscosity microflows and viscous buckling instabilities. Carbonated multiphase flows will be characterized at the pore level over a wide range of fluid properties and operating parameters. This work will expand the frontier of understanding in fluid dynamics and open up a new era of fluid processing capabilities.Broader impacts: This program will offer substantial educational opportunities for a diversity of students, including underrepresented, high school, undergraduate, and graduate students. The PI will dedicate his efforts to educate and train students to cutting edge research in fluid science. Results developed during this project will be incorporated into the PI's outreach and teaching activities at every level. This work will help improve continuous flow-based mixing apparatuses for high-viscosity fluids and offer new expertise for the microflow management of petrochemical products and viscous biomaterials, the recycling of used oils, and the capture of carbon-based byproducts.
1150389 Cubaudhigh-viscitys液体代表了一类广泛的材料,对于能量技术和生命的许多方面都是必不可少的。从日常观察中,我们知道粘性液体粘稠且浓稠。它们倾向于附着在表面上,并在操纵时形成丝状结构。它们的较大粘度系数使它们缓慢而难以取代,并且将它们与其他材料混合需要很长时间。如今,化石能源资源的供应有限,需要开发创新的方法,用于在多个长度尺度上精心处理粘性材料和气态副产品。该项目结合了旨在扩大科学基础的教育和研究活动,以在小规模上对高粘性流体进行新的和改进的操纵。新型策略将被部署以使用高压微流体设备快速混合和丰富厚厚的材料。提出了两个研究推力。第一个涉及在连续流构型中混合低粘度和高粘度可混杂的流体。粘性分层的形成和润滑线反对扩散,惯性和粘性屈曲现象的稳定性将以实验和数值为模型。第二项研究的重点是用粘性流体的二氧化碳的微观溶解过程。将检查溶解气泡的分段微滴剂,以浸入粘性物质并解锁多孔样培养基中的碳固存的基本原理。这项工作将导致预测模型的发展,并提高我们对液体/液体和液体/气体多相流的理解和实际使用,在小规模的扩散接口存在下。智能优点:该项目将提供粘性液体和可混蛋润滑剂的粘性流体流动行为的全面而统一的图像。一系列精心设计的实验,理论参数和数值建模将产生有关高粘度微滴和粘性屈曲不稳定性的新兴特性的可靠而系统的知识。碳化的多相流将在多种流体特性和操作参数上在孔隙水平上进行表征。这项工作将扩大流体动力学方面的理解前沿,并开放一个流体处理能力的新时代。Boader的影响:该计划将为多种学生提供大量的教育机会,包括代表性不足,高中,本科生和研究生。 PI将致力于教育和培训学生进行流体科学研究的最先进研究。该项目期间开发的结果将在每个级别的PI的外展和教学活动中纳入。这项工作将有助于改善高粘度流体的连续基于流动的混合设备,并为石化产品和粘性生物材料的微流量管理,用过的油的回收以及捕获碳基副产物提供新的专业知识。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Diffusive and capillary instabilities of viscous fluid threads in microchannels
微通道中粘性流体线的扩散和毛细管不稳定性
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.6.094202
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Cubaud, Thomas;Conry, Bryan;Hu, Xiaoyi;Dinh, Thai
  • 通讯作者:
    Dinh, Thai
From droplets to waves: periodic instability patterns in highly viscous microfluidic flows
  • DOI:
    10.1017/jfm.2019.1009
  • 发表时间:
    2020-03-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Hu, Xiaoyi;Cubaud, Thomas
  • 通讯作者:
    Cubaud, Thomas
Segmented flows of viscous threads in microchannels
微通道中粘性线的分段流动
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.4.084201
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Cubaud, Thomas
  • 通讯作者:
    Cubaud, Thomas
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  • 资助金额:
    $ 40万
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