强化剪切流柔性纤维

一种可复现S型屈曲等四种运动模态的柔性非布朗纤维模型，能精准对应宏观非牛顿行为突变。

Yetao, Lu · 黄海波

Physics of Fluids 2024

参数信息

临界流动强度（U形折返至S形屈曲）

4900

技术优势

四种模态清晰可辨

通过理论分析和数值模拟，在Re–Z相图中系统划分出刚性、C形屈曲、U形折返和S形屈曲四种模态，并利用对称性解释了S形屈曲的产生机制。这为实验观测提供了明确的相图判据。

临界值已被确认

理论模型预测U形折返到S形屈曲的转变临界流动强度约为4900，数值模拟验证了这一值，可直接用于设计剪切条件以触发特定模态。

模态与流变突变一一对应

在没有热涨落的系统中，微观纤维的模态转变与宏观溶液非牛顿行为的标度率突变精确对应，表明纤维构型变化是宏观流变突变的微观来源。

应用场景

• 微流控纤维操控：利用模态相图和临界条件，在微流控通道中主动控制纤维构型，实现选择性捕获或定向输送。
• 复杂流体流变分析：建立纤维模态与宏观流变突变的定量关联，用于从微观构型推断悬浮液非线性流变行为。
• 软体连续体建模：提供四种模态的解析模型和对称性判据，可用于软体连续体模型的基准校验与参数标定。