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Controlling Mesoscale Turbulence

The Impact of Translational and Rotational Constraints on Pattern Formation in Microswimmer Suspensions

Medium: Buch
ISBN: 978-3-031-67635-2
Verlag: Springer Nature Switzerland
Erscheinungstermin: 28.09.2024
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This thesis combines methods from statistical physics and nonlinear dynamics to advance research on the pattern formation in active fluids in several directions. In particular, it focuses on mesoscale turbulence, a state observed in microswimmer suspensions, which is characterized by the emergence of dynamic vortex patterns. The first major contribution concerns the bottom-up derivation of a frequently used continuum model of mesoscale turbulence from a set of particle-resolved stochastic equations. Utilizing the model, mesoscale turbulence is shown to induce nontrivial transport properties including a regime of optimal diffusion. The thesis then explores possible strategies of control. One of these relies on an external field that leads to stripe-like structures and can even suppress patterns entirely. The other involves geometric confinement realized by strategically placed obstacles that can reorganize the flow into a variety of ordered vortex structures. The turbulence transition inside an obstacle lattice is shown to have an intriguing analogy to an equilibrium transition in the Ising universality class. As a whole, this thesis provides important contributions to the understanding and control of turbulence in active fluids, as well as outlining exciting future directions, including applications. It includes a substantial introduction to the topic, which is suitable for newcomers to the field.

Produkteigenschaften

  • Artikelnummer: 9783031676352
  • Medium: Buch
  • ISBN: 978-3-031-67635-2
  • Verlag: Springer Nature Switzerland
  • Erscheinungstermin: 28.09.2024
  • Sprache(n): Englisch
  • Auflage: 2024
  • Serie: Springer Theses
  • Produktform: Gebunden, HC runder Rücken kaschiert
  • Gewicht: 580 g
  • Seiten: 221
  • Format (B x H x T): 160 x 241 x 18 mm
  • Ausgabetyp: Kein, Unbekannt

Themen

Autoren/Hrsg.

Autoren

Introduction.- Theoretical Concepts.- Derivation of a Continuum Theory.- Unconstrained Mesoscale Turbulence.- Reorienting External Fields.- Obstacle Lattices,- Conclusions and Outlook.- Appendix.