毛细管中的低雷诺数游泳

我们使用边界元法研究球形模型微生物在圆形管道中的低雷诺数运动。该游泳者通过在半径与游泳者尺寸相当量级的管道中进行切向或法向表面运动来推进自身。与管壁的流体动力学相互作用显著影响模型微生物的平均游泳速度和功耗。在平行于管轴游泳的情况下，对于具有切向（分别为法向）变形的游泳者，其运动速度总是降低（分别为增加）。在所有情况下， confinement 增加了游泳所需的做功率。远场无力偶极子的游泳者通常遵循螺旋轨迹，这完全由与管壁的流体动力学相互作用引起，并与最近关于草履虫的实验观察定性一致。拉力型游泳者总是在取决于其力偶极子强度的位置表现出稳定的运动：具有弱偶极子（小 $\alpha$）的游泳者在管道中心游泳，而具有强偶极子（大 $\alpha$）的游泳者靠近管壁游泳。相比之下，推力型游泳者和采用法向变形的游泳者是不稳定的，最终会撞击管壁。在弯曲管道中游泳也观察到类似的动态。这些结果可能与未来受限几何结构中人工微游泳器的设计相关。