Institute of Fundamental Technological Research

The evolution of suspension drops sedimenting under gravity in a viscous fluid close to a vertical wall was studied experimentally and numerically with the use of the point-force model, in the Stokes flow regime. The fluid inside and outside the drop was identical. The initial distribution of the suspended solid heavy particles was uniform inside a spherical volume. In the experiments and in the simulations, the suspension drops evolved qualitatively in the same way as in an unbounded fluid. However, it was observed, both experimentally and numerically, that, on the average, the destabilization time T and the distance L traveled by the drop until break-up were smaller for a closer distance h of the drop center from the wall, with approximately linear dependence of T and L on D/h, for h larger or comparable to the drop diameter D. Destabilization times and lengths of individual drops with different random configurations of the particles were shown to differ significantly from each other, owing to the chaotic nature of the particle dynamics.

suspension drop, Stokes flow, point-particle model, experiment, destabilization time

An experiment was performed to test the influence of walls on destabilization of a suspension drop settling under gravity in a viscous fluid in the low Reynolds number regime. The averaged distance the drop settled until destabilization was determined. In was found that in the presence of one or two parallel vertical walls close by, the destabilization length is shorter than in an unbounded fluid.

Low Reynolds number flow, Destabilization of suspension drop

In daily life, at the macroscopic scale, inertia of water flows is commonly experienced and applied. However, for micro-objects moving in water environment, inertia is negligible. That is why sometimes the processes observed at the microscale are in contradiction with our intuition. The examples of such amazing effects can be seen on the famous G.I. Taylor’s movie. The aim of this paper is to analyze the most spectacular of the demonstrations presented there: apparently mixed fluid recovers its initial inhomogeneous structure when the direction of the mixing is reversed.

Lepki płyn, odwracalność mikroprzepływów, bezwładność

Using the point-force model, we analyze how evolution of a suspension drop settling under gravity in a viscous fluid is influenced by the presence of a vertical wall near by. In particular, we show that a close drop moves away from the wall while settling along.

Stokes equations, suspension drop, sedimentaiton, vertical wall, point particles, hydrodynamic interactions

W niniejszej prezentacji zostanie pokazany wpływ płaskiej pionowej ściany na ewolucję kropli zawiesiny opadającej pod wpływem siły grawitacyjnej w lepkim płynie dla liczb Reynoldsa znacznie mniejszych od jedności. Płyn wewnątrz i na zewnątrz opadającej kropli był identyczny, a cząstki początkowo były przypadkowo rozmieszczone wewnątrz sferycznej objętości. Przeanalizowana zostanie ewolucja opadającej kropli złożonej z cząstek. Krople podczas opadania „gubiły” cząstki, które jako wolniejsze pozostawały z tyłu, tworząc ponad kroplą „ogon”, powoli się spłaszczały i rozszerzały, a potem nagle dzieliły na dwa lub więcej fragmentów. Średnia odległość przebyta przez opadającą kroplę zawiesiny aż do rozpadu jest tym któtsza, im mniejsza jest odległość h od środka ściainy. Badanie ewolucji kropli wykonane zostało za pomocą modelu cząstek punktowych w oparciu o funkcje Greena dla równań Stokesa.

liczba Reynoldsa, model cząstek punktowych, równania Stokesa