用于微流体的轴对称热粘性和热膨胀流

最近的微流体实验探索了通过激光诱导热粘性流在液体环境中精确定位微米级颗粒。从微机器人学到亚细胞尺度的生物学，这种多功能技术已找到广泛的应用。通过热膨胀和热粘度变化之间的相互作用，沿扫描路径重复扫描激光导致流体流动，从而在没有物理通道的情况下实现颗粒的净输运。基于先前专注于二维微流体设置的工作，我们提出了一个分析性的理论模型，用于三维无界流体中由平移热斑引起的热粘性和热膨胀流及净输运。我们首先在实验相关极限下数值求解平移热源的温度场。然后，在我们的流动模型中，小的局部温度升高导致流体质量密度、剪切粘度和体积粘度的局部变化。我们解析地推导了一次扫描期间产生的瞬时流，并计算了由于完整扫描引起的被动示踪剂的净输运，达到热膨胀和热剪切粘度系数的二次阶。我们进一步表明，流动和输运与体积粘度无关。在远场中，虽然领先阶瞬时流通常是三维源或汇，但领先阶示踪剂平均速度反而是源偶极子，其强度取决于热膨胀和热剪切粘度系数的相对大小。我们的定量结果揭示了未来在微尺度上进行三维净输运和颗粒操控的潜力。