Active carpets at viscous interfaces.
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Date
2024
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
Los entornos acuáticos de la Tierra y el cuerpo humano presentan sistemas estratificados en los que las interfaces entre las capas albergan nadadores microbianos en colonias conocidas como alfombras activas. Se ha demostrado anteriormente que estos nadadores mejoran la difusión térmica y el transporte de masas en medios semi-infinitos. Este estudio investiga la dinámica de fluidos de las “alfombras activas" en capas confinadas, como las llamadas slicks en masas de agua. Presentamos hallazgos novedosos sobre las fluctuaciones hidrodinámicas en medios confinados en los que varía la viscosidad del fluido. Nuestros resultados identifican tres regiones de fluctuación: las fluctuaciones verticales dominan cerca de la alfombra activa y la interfaz (Región I), las fluctuaciones isotrópicas se producen más arriba (Región II), y las fluctuaciones horizontales prevalecen cerca de la superficie (Región III). La extensión de estas regiones varía con el espesor de la capa y los cambios de viscosidad. También encontramos estructuras de flujo a gran escala dentro de estas capas confinadas, lo que ofrece nuevas perspectivas sobre la capacidad de mezcla de los sistemas biogénicos y posibles aplicaciones en ecología y bioingeniería.
Earth’s aquatic environments and human body feature layered systems where interfaces between layers host microbial swimmers in colonies known as Active Carpets. These swimmers have previously been shown to enhance thermal diffusion and mass transport in semi-infinite media. This study investigates the fluid dynamics of Active Carpets in confined layers, such as slicks on water bodies. We present novel f indings on hydrodynamic fluctuations within confined environments where the fluid viscosity varies. Our results identify three regions of fluctuation: vertical fluctuations dominate near the Active Carpet and interface (Region I), isotropic fluctuations occur further up (Region II), and horizontal fluctuations prevail near the surface (Region III). These regions’ extents vary with layer thickness and viscosity changes. We also discover large-scale flow structures within these confined layers, offering new insights into biogenic systems’ mixing capacity and potential applications in ecology and bioengineering.
Earth’s aquatic environments and human body feature layered systems where interfaces between layers host microbial swimmers in colonies known as Active Carpets. These swimmers have previously been shown to enhance thermal diffusion and mass transport in semi-infinite media. This study investigates the fluid dynamics of Active Carpets in confined layers, such as slicks on water bodies. We present novel f indings on hydrodynamic fluctuations within confined environments where the fluid viscosity varies. Our results identify three regions of fluctuation: vertical fluctuations dominate near the Active Carpet and interface (Region I), isotropic fluctuations occur further up (Region II), and horizontal fluctuations prevail near the surface (Region III). These regions’ extents vary with layer thickness and viscosity changes. We also discover large-scale flow structures within these confined layers, offering new insights into biogenic systems’ mixing capacity and potential applications in ecology and bioengineering.
Description
Tesis presentada para optar al grado académico de Magíster en Ciencias con Mención en Física
Keywords
Dinámica de fluidos, Hidrodinámica, Viscosidad