A first-principle mechanism for particulate aggregation and self-assembly in stratified fluids

Abstract

An extremely broad and important class of phenomena in nature involves the settling and aggregation of matter under gravitation in fluid systems. Here, we observe and model mathematically an unexpected fundamental mechanism by which particles suspended within stratification may self-assemble and form large aggregates without adhesion. This phenomenon arises through a complex interplay involving solute diffusion, impermeable boundaries, and aggregate geometry, which produces toroidal flows. We show that these flows yield attractive horizontal forces between particles at the same heights. We observe that many particles demonstrate a collective motion revealing a system which appears to solve jigsaw-like puzzles on its way to organizing into a large-scale disc-like shape, with the effective force increasing as the collective disc radius grows. Control experiments isolate the individual dynamics, which are quantitatively predicted by simulations. Numerical force calculations with two spheres are used to build many-body simulations which capture observed features of self-assembly.

Design of Self-Organized Structural, Based on the Phenomenon of Crystalline Particle Aggregation

“…Esto ocurrió cada vez que el desarrollo de auto organización fue perturbado, ya fuese por su entorno de surgimiento o por la alteración continuada de este por el crecimiento o agrupación de partículas. Sin embargo, la agregación de partículas en torno a estas perturbaciones, como las agregaciones libres de estas, tendió siempre hacia órdenes o Acreciones Simétricas Omnidireccionales (ASO) como lo confirmó los modelos matemáticos de principios para la agregación de partículas y el auto ensamblaje en fluidos estratificados elaborados por (Camassa et al, 2019). Así como también, lo confirman los resultados de nuestras simulaciones en R-Gh con la data del GMM.…”

“…(Whyte, 1951) Así las cosas, no es extraño que actualmente algunos diseñadores conciben la naturaleza como una realidad objetiva y compleja ligada más al concepto de conocimiento científico, que al concepto de imitación o inspiración repentina, esta diferencia, hoy, permite al diseñador representar los objetos externos a él, a partir de su saber desde una realidad abstracta y matemática, en una especie de materialismo abstracto, como plantea (Zizek, 2014), hasta permitir al diseñador reinterpretar la naturaleza, o sintonizarse con ella hasta alterar la materia constitutiva de esa misma realidad. En esta misma línea, se encuentran precedentes de investigaciones en relación con los objetivos de esta pesquisa, como por ejemplo, Aggregation: DLA Studies, (Louth et al, 2013), que busca el surgimiento de estructuras intrínsecas en las dinámicas de las aguas del Támesis, o estudios sobre principios para la agregación de partículas y su auto ensamblaje (Camassa et al, 2019). Así como también estudios sobre auto ensamblaje, como la representación de moléculas y su modelado en 3D de (Olson, 2012) o la emergencia de la impresión 4D (Tibbits, 2013).…”

Critical density triplets for the arrestment of a sphere falling in a sharply stratified fluid

“…The scale of the reflux region is small compared to the drift region. Figure 6 (b) shows the variation of the change in potential energy contributions due to the sphere, the reflux and drift regions as indicated in equation (5). The contribution due to the drift region can be seen to far exceed that due to the reflux region as would be expected in free space.…”

“…Such systems occur naturally in many environments including lakes, oceans, and the Earth atmosphere, as well as on other planets. Sedimentation of particles in stratified fluids ubiquitously occurs in natural environments [19] and plays a vital role in marine snow [18,21], oil spill properties [2,7] and distributions of dense microplastics [15] in the oceans, and most recently in marine particulate aggregation [5].…”

The Shape and Function of Solid Fascias Depend on the Presence of Liquid Fascias

“…Fluid dynamics studies the behavior of fluids in motion, in relation to the causes that determine it [43][44]. Understanding fluids will mean to understand how cells behave and how pathologies develop [44][45]. A new model proposed is called fascintegrity, in which the presence of body fluids is considered [3].…”