Toward the Two-Way Coupling between Active Matter and Transport Barriers
活性物质与传输势垒之间的双向耦合
基本信息
- 批准号:2143807
- 负责人:
- 金额:$ 36.15万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-01 至 2025-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Unsteady flows in natural and engineering systems, such as in the ocean and in industrial processes, play a fundamental role in the transport and mixing of submerged particles and chemical substances. Transport barriers organize flows into distinct regions with large scale coherent structures, and, thus, control the mixing of passive particles and substances. For example, transport barriers can be exploited to predict oil spill patterns. However, less is known about how these transport barriers affect the transport and mixing of active matter and vice-versa. Despite evidence that aquatic organisms, such as fish schools and phytoplankton, could affect transport in the ocean, a systematic understanding of the interplay between activity and transport barriers is lacking. Such understanding is crucial for controlling active matter in unsteady flows, with the potential to impact application areas ranging from aquatic ecology to bio-inspired designs. This award will support research to advance our knowledge of the interplay between active matter and transport barriers. In order to reveal the two-way coupling between transport barriers and active matter, the PI will conduct experiments in electromagnetically driven laboratory flows with light-guided brine shrimp (Artemia salina). The research plan is structured around two aims: (1) to determine the non-dimensional groups that are most relevant in the coupling of active matter and large scale transport barriers, and divide the corresponding high dimensional space spanned by the non-dimensional groups; (2) to understand how small length scale in active matter percolate through scales to modify the large length scale transport barriers. The results of this research will pave the way for implementable control strategies of active matter in real-world scenarios.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
自然和工程系统中不稳定的流动,例如在海洋和工业过程中,在淹没颗粒和化学物质的运输和混合中起着基本作用。运输障碍将流动到具有大规模相干结构的不同区域,从而控制被动颗粒和物质的混合。例如,可以探索运输壁垒来预测漏油模式。但是,对于这些运输壁垒如何影响主动物质的运输和混合,对反之亦然,知之甚少。尽管有证据表明,水上生物(例如鱼类学校和浮游植物)可能会影响海洋的运输,但缺乏对活动与运输障碍之间相互作用的系统理解。这种理解对于控制不稳定流动的主动物质至关重要,从水生生态学到生物启发的设计,可能会影响应用领域。该奖项将支持研究,以促进我们对主动物质和运输障碍之间相互作用的了解。为了揭示传输壁垒和活动物质之间的双向耦合,PI将在电子驱动的实验室流动中进行轻度引导的盐水收缩(Artemia salina)进行实验。该研究计划围绕两个目的进行结构:(1)确定在主动物质和大规模传输障碍的耦合中最相关的非二维群体,并将非二维组跨越相应的高维空间划分; (2)了解有效物质中长度尺度如何通过尺度渗透,以修改大长度尺度传输屏障。这项研究的结果将为在现实世界中实施活跃物质的可实施控制策略铺平道路。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被认为是珍贵的支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Preferential transport of swimmers in heterogeneous two-dimensional turbulent flow
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- DOI:10.1103/physrevfluids.7.094501
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:2.7
- 作者:Si, Xinyu;Fang, Lei
- 通讯作者:Fang, Lei
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- 作者:
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Hao Chen
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