重力作用下底重 squirmer 的涌现集体动力学

我们给出了使用多粒子碰撞动力学方法对低雷诺数下受重力影响的 squirmer 微游动器系统进行的流体动力学模拟结果。此外，这些 squirmer 是底重的，因此它们受到一个使其沿竖直方向对齐的力矩。squirmer 通过 stokeslet 和 rotlet 的流场发生流体动力学相互作用，它们分别由作用的重力和力矩引发，并通过其自身的流场相互作用。通过改变游动速度与整体沉降速度之比以及力矩，我们确定了中性 squirmer 以及强推型和强拉型 squirmer 涌现集体动力学的状态图。在较低的游动速度和力矩下，我们观察到常规沉降；而当这些值增大时，沉降剖面发生反转。对于中性 squirmer，我们发现了在两种沉降状态之间循环的 squirmer 对流卷，它们位于系统底部，并由集体下沉的 squirmer 组成的羽流供给。在较大力矩下出现多孔簇，其产生单个 squirmer。后两种状态也可能从均匀的 squirmer 分布开始瞬态出现，然后在长时间极限下消失。对于强推型和强拉型 squirmer，仅观察到微弱的羽流形成。