基于力耦合方法的大规模稳态与时间依赖活性悬浮液模拟

我们提出了力耦合方法（FCM）的一种新发展，用于精确模拟大量相互作用的微型游动体。我们的方法基于squirmer模型，将其适配到FCM框架中，从而得到一种适用于模拟半稀释squirmer悬浮液的方法。其他效应，如空间位阻相互作用，也在我们的模型中加以考虑。我们通过将单个squirmer周围的速度场以及两个squirmer之间的成对相互作用与斯托克斯方程的精确解及其他数值方法的结果进行比较，来检验我们的方法。我们还展示了该方法描述椭球形游动体形状以及与生物学相关的时间依赖游动步态的能力。我们详细介绍了用于计算大量（$10^4-10 ^5$）微型游动体之间流体动力学耦合的数值算法。利用该方法，我们研究了squirmer悬浮液中极性序的出现，并表明对于大尺度区域，稳态极性序参数和不稳定性增长率均与系统尺寸无关。这些结果证明了我们的方法在实现近连续介质级别结果方面的有效性，从而能够更好地与实验测量进行比较，同时补充并为连续介质模型提供信息。