008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■0820  ▼a530
■1001  ▼aRan,  Ranjiangshang.
■24510▼aTransport  and  Mixing  With  Swimming  Microorganisms  in  Chaotic  Flows▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  Pennsylvania.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(111  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Arratia,  Paulo  E.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Pennsylvania,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aMicroorganisms,  primitive  unicellular  forms  of  life,  form  the  basis  of  the  food  web  and  play  crucial  roles  in  the  Earth's  biogeochemical  cycles.  Habitats  of  microorganisms,  from  oceans  and  lakes  to  soil  and  human  intestines,  are  often  characterized  by  constant  fluid  motion.  Fluid  flow  exerts  forces  and  torques  on  microorganisms  that  affect  their  movement  and  distribution,  and  transports  essential  chemicals  on  which  they  rely  for  sensing,  foraging,  and  mating.  As  a  result,  flow  has  a  broad  range  of  effects  on  the  behaviors  of  microorganisms,  including  their  locomotion,  reproduction,  nutrient  uptake,  and  communication.  Despite  many  efforts  to  understand  microbiology  in  aquatic  environments,  it  remains  a  challenge  to  interpret  the  physical  and  biological  behaviors  of  microorganisms  in  the  presence  of  fluid  flows,  particularly  unsteady  and  chaotic  flows.In  this  thesis,  I  investigate  the  interaction  between  motile  microorganisms  and  dynamical  structures  in  chaotic  flows,  and  the  effects  of  such  interaction  on  transport  and  mixing.  The  flow  dynamical  structures  investigated  here  are  known  as  the  Lagrangian  coherent  structures  (LCSs).  First,  I  characterize  the  transport  and  mixing  in  a  spatially  periodic  chaotic  flow  with  swimming  Escherichia  coli.  The  microorganisms  are  found  to  align  and  accumulate  near  structures  of  strong  stretching  of  fluid  parcels,  or  namely,  the  hyperbolic  LCSs.  Such  alignment  and  accumulation  of  microorganisms  lead  to  reduction  in  large-scale  transport  but  enhancement  in  small-scale  mixing.  Second,  I  examine  the  transport  and  mixing  with  E.  coli  in  a  more  complex  spatially  aperiodic  chaotic  flow.  The  microorganisms  are  found  to  escape  and  deplete  in  vortex-like  dynamical  structures  known  as  the  elliptic  LCSs.  The  depletion  leads  to  enhanced  transport  barriers  into  which  the  transport  of  diffusive  chemicals  is  much  slower.  Lastly,  I  investigate  the  mixing  in  the  self-generated  chaotic  flows  of  swarming  Serratia  marcescens  and  show  that  dilute  polymers  can  substantially  enhance  mixing  induced  by  collective  behaviors.  Overall,  this  dissertation  elucidates  the  nontrivial  effects  of  the  interaction  between  microorganisms  and  flow  structures  on  transport  and  mixing. 
■590    ▼aSchool  code:  0175.
■650  4▼aCondensed  matter  physics.
■650  4▼aApplied  physics.
■650  4▼aMicrobiology.
■653    ▼aActive  matter
■653    ▼aChaotic  mixing
■653    ▼aLagrangian  coherent  structures
■653    ▼aEscherichia  coli
■653    ▼aTransport
■690    ▼a0611
■690    ▼a0215
■690    ▼a0410
■71020▼aUniversity  of  Pennsylvania▼bMechanical  Engineering  and  Applied  Mechanics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-03B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0175
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16933417▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024