Effective viscosity of a suspension of flagellar beating microswimmers: Three-dimensional modeling

微生物通常能通过鞭毛或纤毛拍动在其液体环境中游动。在这项数值工作中，我们分析了鞭毛拍动对剪切流中游动细胞轨道的影响。我们还计算了鞭毛拍动对稀薄微型游动者悬浮液流变学的影响。针对莱茵陈藻(Chlamydomonas Reinhardtii)的蛙泳式双前鞭毛拍动游动，我们提出了一个三维模型，将其建模为两个反向旋转的前端珠子。该主动游动者模型在线性剪切流中表现出不寻常的角度轨道。即，该游动者会短暂地维持横跨流动的方向。这种行为是剪切流与游动者鞭毛周期性拍动运动（对细胞体施加内部力矩）相互作用的结果。这种奇特行为对悬浮液的流变性质具有重要影响。我们计算了由这种孤立的模型微型游动者（稀薄情况）组成的悬浮液在剪切流中的爱因斯坦粘度。我们使用基于Rotne-Prager类近似的数值模拟来处理简化鞭毛与细胞体之间的流体动力学相互作用。结果显示，与非活性游动者相比，活性游动者悬浮液具有更高的固有粘度以及剪切变稀行为，这与先前的实验测量结果一致[Phys. Rev. Lett. 104, 098102 (2010)]。