长柔性纤维在剪切流中的复杂动力学
软凝聚态物质
2019-06-20 v1 数值分析
流体动力学
摘要
高分子流体的宏观性质继承自嵌入溶剂中的纤维的材料性质。这种被动纤维在流动中的行为在广泛的系统中引起了兴趣，包括细胞力学、海洋中硅藻链的营养获取以及造纸等工业应用。纤维在剪切流中的旋转动力学和形状演化取决于纤维的细长比和度量流体粘性力与纤维弹性力之比的无量纲“弹粘性”数。对于较小的弹粘性数，近刚性纤维在剪切流中旋转，但当弹粘性数达到阈值时，会发生屈曲。对于更大的弹粘性数，会转变为“蛇形行为”，此时纤维保持与剪切轴对齐，但其两端向内卷曲，且方向相反。这些实验观察到的行为最近已通过细长体理论和浸入边界计算在计算上得到了表征。然而，使用尼龙纤维的经典实验和使用肌动蛋白丝的最新实验表明，对于更大的弹粘性数，会出现多个屈曲位点和卷曲现象。利用正则化 Stokeslet 框架结合与核无关的快速多极子方法，我们提出了能够捕捉这些复杂纤维动力学的模拟。
关键词
引用
@article{arxiv.1903.09827,
title = {Complex dynamics of long, flexible fibers in shear},
author = {John LaGrone and Ricardo Cortez and Wen Yan and Lisa Fauci},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.09827},
year = {2019}
}