重力作用下 squirmer 的集体沉降

在流体动力学上相互作用的主动粒子表现出丰富多样的涌现集体现象。我们使用 squirmer 对球形微泳者进行建模，并利用多粒子碰撞动力学方法模拟流体流动，探索了数千个 squirmer 在强重力影响下的集体行为。沉降分布取决于游泳速度与沉降速度之比以及 squirmer 的类型。其底部呈现紧密堆积的 squirmer 层，而向顶部则呈现具有指数密度依赖性的高度动态区域。squirmer 的平均垂直取向强烈依赖于高度。对于游泳速度大于沉降速度的情况，squirmer 在指数区域表现出强烈的对流。我们通过垂直电流密度及其电流偶极子量化了对流强度和对流胞的范围，这些量对于中性 squirmer 以及弱推型粒子和弱拉型粒子均较大。