矩形通道中受限诱导的微型游动体三维轨迹
软凝聚态物质
2024-08-16 v1 流体动力学
摘要
我们研究了模型微生物在具有正方形与矩形截面的三维通道内的轨迹。利用（i）基于格子 Boltzmann 方法的数值模拟，以及（ii）使用远场流体动力学近似和镜像法的解析表达式，我们系统地考察了 squirmer 的强度与有限尺寸、受限维度以及初始条件在决定微型游动体三维轨迹中的作用。我们的结果表明，与通道约束壁面的流体动力学相互作用显著影响了模型微型游动体的游动速度与轨迹。具体而言，puller 在通道内总是呈现滑动运动：弱 puller 沿通道中心线滑动，而强 puller 沿靠近任一壁面的路径滑动。pusher 一般在正方形通道中遵循螺旋运动。与 puller 和 pusher 不同，中性游动体的轨迹不易归纳，且对初始条件敏感。尽管轨迹存在这种多样性，远场表达式仍能捕捉通道受限游动体的本质特征。最后，我们提出一种基于叠加原理的方法来理解通道受限游动体三维轨迹的起源。这种构造使我们能够预测并解释正方形与矩形截面通道中不同类型游动体所产生的看似复杂的三维轨迹的起源。
引用
@article{arxiv.2311.05757,
title = {Confinement induced three-dimensional trajectories of microswimmers in rectangular channels},
author = {Byjesh N. Radhakrishnan and Ahana Purushothaman and Ranabir Dey and Sumesh P Thampi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.05757},
year = {2024}
}