通过振荡流动微调活性悬浮液的色散特性

轴向拉伸和横向扩散对溶质下游输动力学的综合影响称为泰勒色散。活性悬浮液的色散在性质上与此不同：粘性和外部扭矩可建立非均匀浓度场，赋予加权的剪切，修改平均漂移和有效扩散系数。在诸如生物反应器等系统中，微调色散可提高混合或颗粒分离的效果。本文通过数值模拟研究了在垂直通道中受振荡压力梯度驱动 (沃默斯基流动) 的活性悬浮液色散——我们使用具有粘性扭矩的底重细胞 (gyrotactic swimmers)。初步实验结果揭示了有趣的色散现象，高度取决于振荡参数，激发了理论调查。通过拉格朗日仿真，我们发现振荡流可诱导漂移并增加横向和下游色散，周期性在左右之间进行混合。此类流动还可用于分离不同运动行为的物种。欧拉数值方案通常需要对取向空间进行平均化处理，如广义泰勒色散，需对平移和旋转时间尺度作出假设。对于与细胞动力学相称的振荡时间尺度，我们揭示了此类近似的局限性，随后这些平均化技术会失效。