颗粒介质中波状运动的特性
流体动力学
2017-01-03 v1
摘要
波状运动在自然界中无处不在，见于不同介质中，从生物流体中鞭毛微生物的游动，到陆地上蛇的滑行，再到沙鱼蜥蜴在沙中的运动。尽管波动模式相似，游动特性却取决于不同介质的流变性质。由于缺乏经过验证的力模型，对颗粒材料中运动的分析相较于流体发展较少，但近期提出了一种颗粒介质中的阻力理论，并被证明可用于研究沙游蜥蜴的运动。本文采用该模型研究了在颗粒介质中波动的细长丝（有限长和无限长）的游动特性，并将结果与粘性流体中的游动进行了比较。特别地，我们针对有限长正弦波动物体，以推进速度和效率为指标表征了漂移和俯仰效应。我们还发现，类似于Lighthill利用粘性流体阻力理论得到的结果，锯齿波形是在颗粒介质中给定功耗下推进速度的最优波形。这些结果补充了我们对波状运动的理解，并为颗粒介质中运动系统的有效设计提供了见解。
引用
@article{arxiv.1511.01925,
title = {Characteristics of undulatory locomotion in granular media},
author = {Zhiwei Peng and On Shun Pak and Gwynn J. Elfring},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.01925},
year = {2017}
}