黏弹性流体中螺旋 swimmer 后方强负尾流的形成
软凝聚态物质
2022-06-01 v2 流体动力学
摘要
我们通过粒子追踪测速、粒子图像测速以及 FENE-P 模型的 3D 模拟相结合，研究了螺旋 swimmer 形状（即螺旋螺距角与尾部厚度）对恒定黏度黏弹性（Boger）流体中游泳动力学的影响。该 3D 打印螺旋 swimmer 利用定制旋转亥姆霍兹线圈在磁场中驱动。我们的结果表明，增大 swimmer 尾部厚度与螺距角可提升归一化游泳速度（即 Boger 流体中游泳速度与牛顿流体中游泳速度之比）。引人注目的是，与牛顿流体不同，swimmer 周围的黏弹性流动以形成前后流动不对称性为特征，该不对称性表现为 swimmer 下游出现强负尾流。显然，负尾流的强度与归一化游泳速度成反比。采用与实验条件匹配的 FENE-P 模型对 swimmer 进行三维模拟，证实了 swimmer 周围类似前后流动不对称性的形成。最后，通过在流向建立近似力平衡，我们表明螺旋内部区域的聚合物应力贡献可能为黏弹性流体中游泳的增强或减弱提供机制。
引用
@article{arxiv.2109.07675,
title = {Formation of a strong negative wake behind a helical swimmer in a viscoelastic fluid},
author = {S. Wu and T. Solano and K. Shoele and H. Mohammadigoushki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.07675},
year = {2022}
}