嵌入三维流体中的二维微游动者片层内的流体动力学不稳定性

浸入不可压缩流体中的微游动者集合，由于单个生物体产生的流体动力学场的长程性质而具有强相互作用。结果，诸如细菌等后部驱动‘推式’游动者的悬浮液表现出常被称为‘细菌湍流’的集体运动态，其特征为大尺度混沌流动。推式悬浮液中集体运动的起始在偶极游动者的平均场动力学理论框架内被经典理解。在体相二维和三维中，该理论预测导致细菌湍流的失稳源于游动者间的相互重定向，并在悬浮液可用的最大长度尺度上发生。此处，我们针对限制于嵌入三维不可压缩流体的二维平面内的偶极微游动者悬浮液构建了类似动力学理论。该设置定性地模拟了靠近二维界面游动的效果。我们表明，尽管三维体相流体不可压缩，面内流场实际上是可压缩的，且微游动者平均充当源（推式）或汇（拉式）。我们分析了均匀各向同性态的稳定性，发现两类与体相三维情形定性不同的不稳定性：首先，我们表明体相系统中导致细菌湍流的重定向推式不稳定性的类似者反而在系统可用的最小长度尺度上发生。其次，与密度变化相关的不稳定性作为面内有效可压缩性的普遍后果出现在拉式悬浮液中。我们得出结论：限制对在决定微游动者悬浮液集体行为方面可有关键作用。