Suman Chakraborty's seminar (Mechanical Engineering Department, Indian Institute of Technology Kharagpur)
Tiny Differences, Big Impact: How Micro-Patterns Drive Capillary Action in Swelling Fibres
Montag 2 Juni, 09:30Passed
Suman Chakraborty
Schematic representation of imbibition at macroscopic, microscopic, and fibre scales. (a) Locally unidirectional imbibition in a thin rectangular paper substrate, with one end immersed in a fluid reservoir. (b) Fibres swell upon absorbing imbibed fluid (blue-colored), leading to spatially varying microscopic topography along the flow direction and causing spatio-temporal variations in flow resistance. (c) The thickening of fibres due to swelling, along with absorption, results in spatial variation in flow rate.
Capillary action in porous materials plays a vital role in both natural systems and engineered applications, particularly when a wetting fluid (such as water) displaces a non-wetting fluid (such as air). Fibrous porous substrates, including filter paper, textiles, and wipes, are increasingly being used in the development of smart sensors for detecting chemical markers in body fluids. These substrates undergo fibre swelling upon absorption of water-based fluids, which locally alters the microscopic flow pathways. This, in turn, affects the macroscopic properties of the material, such as porosity and permeability, depending on the heterogeneity of the pore structure.
In this talk, we discuss how fibre swelling introduces spatio-temporal variations in permeability and porosity during capillary suction. These variations significantly influence the dynamics of fluid imbibition. By extending Darcy’s law to account for these evolving properties and linking them to the changing microstructure, we identify distinct modes of capillary suction. Depending on the pore size distribution and the swelling characteristics of the fibres, these modes can lead to either a temporary interruption or complete arrest of fluid wicking. Our findings offer insights into controlling capillary-driven flow in fibrous porous media and provide a framework for optimizing such substrates in applications like diagnostics and fluid management.
Séminaire de Suman Chakraborty (Département d'ingénierie mécanique, Institut indien de technologie de Kharagpur)
Petites différences, grand impact : comment les micro-modèles entraînent l'action capillaire dans les fibres gonflantes
Montag 2 Juni, 09:30Passed
Suman Chakraborty
Représentation schématique de l'imbibition à l'échelle macroscopique, microscopique et de la fibre. (a) Imbibition localement unidirectionnelle dans un mince substrat de papier rectangulaire, dont une extrémité est immergée dans un réservoir de fluide. (b) Les fibres gonflent en absorbant le fluide imbibé (en bleu), ce qui entraîne une topographie microscopique variable dans l'espace le long de la direction de l'écoulement et provoque des variations spatio-temporelles de la résistance à l'écoulement. (c) L'épaississement des fibres dû au gonflement et à l'absorption entraîne une variation spatiale du débit.
L'action capillaire dans les matériaux poreux joue un rôle essentiel à la fois dans les systèmes naturels et dans les applications techniques, en particulier lorsqu'un fluide mouillant (comme l'eau) déplace un fluide non mouillant (comme l'air). Les substrats fibreux poreux, y compris le papier filtre, les textiles et les lingettes, sont de plus en plus utilisés dans le développement de capteurs intelligents pour la détection de marqueurs chimiques dans les fluides corporels. Ces substrats subissent un gonflement des fibres lors de l'absorption de fluides à base d'eau, ce qui modifie localement les voies d'écoulement microscopiques. Cela affecte à son tour les propriétés macroscopiques du matériau, telles que la porosité et la perméabilité, en fonction de l'hétérogénéité de la structure des pores.
Dans cet exposé, nous expliquons comment le gonflement des fibres introduit des variations spatio-temporelles dans la perméabilité et la porosité pendant l'aspiration capillaire. Ces variations influencent de manière significative la dynamique de l'imbibition des fluides. En étendant la loi de Darcy pour tenir compte de ces propriétés changeantes et en les reliant à la microstructure changeante, nous identifions des modes distincts de succion capillaire. En fonction de la distribution de la taille des pores et des caractéristiques de gonflement des fibres, ces modes peuvent conduire à une interruption temporaire ou à un arrêt complet de la circulation du fluide. Nos résultats permettent de mieux comprendre le contrôle de l'écoulement capillaire dans les milieux poreux fibreux et fournissent un cadre pour l'optimisation de ces substrats dans des applications telles que le diagnostic et la gestion des fluides.
