零雷诺数下局部转动的流体力学细体理论
流体动力学
2023-03-03 v2
摘要
细物体常见于微尺度流动问题，从柔性可变形传感器到鞭毛和纤毛等生物丝状物。尽管大量研究聚焦于这些细物体的局部平动，相对较少关注局部转动，尽管其可能是运动的主导分量。在本研究中，我们通过叠加旋转奇点探讨了经典启发的关于旋转细物体周围 Stokes 流的 ansatz，由此提出一个同时考虑平动与转动的替代 ansatz。通过渐近分析并辅以数值算例，我们确定了这些流动 ansatz 在捕捉细物体表面流体速度方面的适用性，假设物体局部轴对称但允许截面半径随弧长变化。除了形式化地论证所提出的细体 ansatz 外，该分析揭示了局部角速度与施加于物体的力矩之间极为简单的关系，我们称之为阻力矩理论。虽令人联想到经典阻力理论，该局部关系在细体纵横比上代数精确，即便存在平动时亦如此，并且在局部转动对表面速度贡献为主导渐近阶时有效且必要。
引用
@article{arxiv.2206.06034,
title = {A hydrodynamic slender-body theory for local rotation at zero Reynolds number},
author = {Benjamin J. Walker and Kenta Ishimoto and Eamonn A. Gaffney},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.06034},
year = {2023}
}