中等雷诺数下简单往复模型游动器的运动学
软凝聚态物质
2020-07-01 v1 生物物理
流体动力学
摘要
我们通过计算研究了一个简单模型往复游动器（非对称哑铃）的运动学随雷诺数（Re）的变化，并探究惯性的出现与逐渐增强如何影响游动行为：游动方向、流动方向以及游动冲程的反转。我们将游动冲程划分为两球的扩张与压缩，并将其分别与动力冲程和恢复冲程相联系。我们发现游动方向的切换也对应于动力冲程与恢复冲程的切换。我们通过将扩张与压缩过程中的净位移按关于 Re、游动器振幅以及两球间距的幂律关系进行坍缩，得到了平均游动速度的表达式。分析流体流动可知，扩张过程中的平均流场始终类似推式（pusher），压缩过程始终类似拉式（puller），但当对整个周期取平均时，占主导的流场是动力冲程期间出现的流场。我们还将动力冲程与恢复冲程分别联系于扩张与压缩时期的游动效率，并发现令人惊讶的是，动力冲程并非总是比恢复冲程更高效。我们的结果可能对生物学以及最终人工游动器的设计具有重要启示。
引用
@article{arxiv.2002.02535,
title = {Kinematics of a simple reciprocal model swimmer at intermediate Reynolds numbers},
author = {Thomas Dombrowski and Daphne Klotsa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.02535},
year = {2020}
}