低雷诺数下通过可变柔度最大化驱动细丝的推进推力
流体动力学
2017-03-30 v1
摘要
在低雷诺数下，物体运动能力的缺失惯性会极大地阻碍其运动。在本工作中，我们展示了如何通过采用空间可变柔度来显著增强该状态下的推进性能。作为一个典型例子，我们考虑一端被周期性驱动的细丝所产生的推进推力。刚性情况导致零推进，正如 Purcell 扇贝定理所约束的那样；而对于均匀细丝，在给定频率下存在一个使推进力最大化的弯曲刚度；在此我们明确展示了如何通过简单地沿细丝改变刚度来实现相当大的进一步改进（与最优均匀刚度相比增强超过 37%）。最优柔度分布高度依赖于构型：虽然向尾端增加柔度可增强夹紧细丝的推进，但对于铰接细丝，向尾端降低柔度反而更有利。结果揭示了在低雷诺数下最大化推进的新设计原理，这对于开发在各种生物医学应用中需要大推进力的合成微型游泳器具有潜在用途。
引用
@article{arxiv.1612.09033,
title = {Maximizing propulsive thrust of a driven filament at low Reynolds number via variable flexibility},
author = {Zhiwei Peng and Gwynn J. Elfring and On Shun Pak},
journal= {arXiv preprint arXiv:1612.09033},
year = {2017}
}
备注
5 figures