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

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(例如海洋和工业过程)中的不稳定流动在水下颗粒和化学物质的运输和混合中发挥着重要作用,运输障碍将流动组织到具有大规模相干结构的不同区域中。例如,可以利用传输障碍来预测石油泄漏模式,但人们对这些传输障碍如何影响活性物质的传输和混合知之甚少,反之亦然。水生生物,例如鱼群和浮游植物可能会影响海洋中的运输,但缺乏对活动和运输障碍之间相互作用的系统了解,这种理解对于控制不稳定流动中的活性物质至关重要,有可能影响从水生生态到生物启发等应用领域。该奖项将支持研究,以增进我们对活性物质和传输屏障之间相互作用的了解。为了揭示传输屏障和活性物质之间的双向耦合,PI 将在电磁驱动的实验室流中进行实验该研究计划围绕两个目标构建:(1)确定与活性物质和大规模运输障碍耦合最相关的无维组,并划分相应的高维组。 (2)了解活性物质中的小长度尺度如何渗透尺度来改变大长度尺度的输运障碍。这项研究的结果将为活性物质的可实施控制策略铺平道路。在现实世界的场景中。这授予 NSF 的法定使命,并通过评估反映使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准,被认为值得支持。

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
异质二维湍流中游泳者的优先输送
  • 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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  • 通讯作者:
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    $ 36.15万
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