游泳微生物悬浮液中布朗示踪扩散与流体动力学示踪扩散之间的相互作用

非平衡浴中示踪扩散的普遍问题在从细胞尺度到地理尺度的大量系统中都很重要。在本文中，我们重新审视此类系统的典型例子：沉浸在代表细菌或藻类的不相互作用偶极微游动者稀悬浮液中的一组小被动粒子。特别地，我们考虑热（布朗）扩散与由于微游动者流场对示踪物的持续平流引起的流体动力学（主动）扩散之间的相互作用。先前有人认为，即使适量的布朗扩散也足以显著减少示踪平流的持续时间，导致与非布朗情况相比有效主动扩散系数 $D_A$ 显著降低。在这里，我们通过大规模模拟和动力学理论表明，这种效应实际上仅对于有效保持静止同时仍搅动周围流体的微游动者（即所谓的\emph{震动者}（shakers））才具有实际相关性。相反，对于与生物微游动者悬浮液相关的中等和较高游泳速度 $v_s$ 值，布朗运动对 $D_A$ 的影响可忽略不计，导致微游动者平流与布朗运动的影响是可加的。这一结论与文献中的先前结果形成对比，并鼓励对最近在细菌悬浮液中不同尺寸示踪粒子的 $D_A$ 实验测量进行重新解释。