• 訪談: 《沙丘》的沙子是流體還是固體?
  • 科普短文 "流沙、地震、土石、與沙漏裡的物理:顆粒流的「動靜之間」" [物理雙月刊(2022/04), with printer-freindly PDF available]
  • Latest presentation:"Intermittency & Solid-Fluid transition of granular particles under Steady Shearing"[ (youTube), 28min] -- JC Tsai @TPS Annual Meeting (NTNU, Taipei, Taiwan 2022/01)


      • Soft particles Sheared in 3D (Proj. SS3 & Proj. CSC)

        Recent publications:


               顆粒體流動(granular flow)的多樣性自古一直缺乏統整的解釋,近期實驗室團隊的發現,為這個統合提供了可能的起點:以往實驗(SS3)聚焦在緊壓於液體裡膠質 顆粒的剪切流(shear flow)其瞬時轉矩隨施加的轉速呈現的起伏變化(fluctuations),實驗室團隊也同時藉由實測並納入「摩擦力隨接觸面行進速度變化」這個久為人知但常被理論忽略的因素(Project SBD --see below),歸納出新的無因次量 (dimensionless number) 。依此,SS3實驗裡為何在「中等」轉速範圍會出現如地震般的間歇性(intermittent)流動及崩解(avalanche),得以有合理的解釋。上述這種間歇流的出現,更可視為同樣系統處於較高轉速下 類似流沙(quicksand)的「完全液化」,及極低轉速下可比擬於沙漏上半部的「準靜態(quasi-static)流動」,這兩種迥異行為之間的過渡狀態 ......

               新建中的實驗設計(CSC) 將超越先前的限制, 試用姑稱之circular shearing 的幾何造型, 輔以高速光頁掃描, 將著重於內部攝影解析"間歇性流"狀態下的"崩解"現象背後隱含的物理原則.....



      • Numerical Experiments--MD simulation of Simple Shear (Proj. SSMD)



               我們利用已開發多年的數值實驗系統LAMMPS試圖理解在「無重力、無液體,僅考慮接觸力」的理想狀態下,大量顆粒體在3d空間承受同材質牆面的簡單剪切(simple shear) 作用的反應。 此數值模擬又稱分子動力(molecular dynamics)模擬,有別於實體實驗,能提供我們代表每個顆粒的移動、轉動、擠壓程度之「完整」資訊。此數值實驗以學界已普遍接受的History-dependent Hertzian Model為本, 但在其「摩擦係數」引入我們在SS3及SBD實測到的speed depedence。SSMD初步的目標是驗證在所設的理想條件下,是否能以此最簡模型(minimal model)重現我們在實驗室觀察到的特徵,以及實體實驗技術上未便取得的細節...



      Past Projects:

      • Soft Ball Dynamics (Proj. SBD)

               此實驗目的為對主實驗SS3提供摩擦力隨接觸面行進速度變化的實測基礎,使用與SS3相同的物質(PDMS)進行摩擦實驗,並探討潤滑液體及滑動速度對摩擦力的影響。 初步證實若以Vη (=speed * viscosity) 作為標準,會發現在一定的數值範圍下,摩擦力的訊號會產生近週期性的stick-slip pattern,造成摩擦力平均值的下降,此實驗同時也發現了PDMS在摩擦中會有疑似表面 隨時間及磨擦過程逐漸變化的跡象。這些發現或可為SS3所展現的諸多現象提供解釋的線索。


        Draft avaible at https://arxiv.org/abs/2010.07907








      • Rotating two-Fluid Interface (Proj. RFI)

        Publications:


               這是由實驗室的前成員 - 賴靜瑤所開啟的研究(最早可追溯至2009年的國際高中科展),觀察液體界面隨著上蓋轉速變化 所產生出耐人尋味的形貌。為了解釋此現象我們同時觀察了內部流場的結構,來理解界面產生 「plateau」的緣故。





      To 暑期計劃學生:

      We are particularly interested in hearing students' thoughts, opinions,or even tentative proposals regarding our ongoing projects. Please don't hesitate to include them in your application materials to help the selection committee have a better understanding about you. Feel free to stop by our lab and talk to us if you are interested.