Controlling Mesoscale Turbulence (eBook)
XX, 221 Seiten
Springer-Verlag
978-3-031-67636-9 (ISBN)
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.
| Erscheint lt. Verlag | 27.9.2024 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Springer Theses |
| Zusatzinfo | XX, 221 p. 68 illus., 49 illus. in color. |
| Sprache | englisch |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie |
| Technik ► Maschinenbau | |
| Schlagworte | Active Fluids • Active Matter • external fields • Fokker-Planck Equation • geometrical constraints • Ising universality class • mesoscale turbulence • microswimmers • Nonlinear Dynamics • pattern formation • Statistical Physics • turbulence transition • Turbulent Transport |
| ISBN-10 | 3-031-67636-X / 303167636X |
| ISBN-13 | 978-3-031-67636-9 / 9783031676369 |
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