剪切流中柔性纤维趋于吸引周期解

在无惯性条件下，数值评估了单根非布朗柔性纤维在剪切流中的三维动力学。考虑了弯曲力与流体动力之比 A 的广泛范围以及数百种初始构型。我们证明，剪切流中的柔性纤维比拉伸流中表现出远为复杂的演化模式，后者在 A 超过连续阈值时观察到向特征形状的更高阶模态的转迁。在剪切流中，我们识别出存在吸引定常构型以及不同的吸引周期运动，它们分别由持久的滚动、翻滚和蜿蜒动力学模态逼近。我们证明第一和第二模态的最终阶段是有效的 Jeffery 轨道，其常数参数 C 分别被随时间衰减或增长的指数函数替代，对应于轨迹的系统性漂移。在 C 趋于零的极限下，纤维沿涡量方向排列；在 C 趋于无穷的极限下，纤维在剪切平面内周期性翻滚。对于中等 A 值，存在三维蜿蜒周期运动，对应于中间值的 C。在这些模态的初始阶段也检测到接近周期的瞬态振荡。