微型游泳者在圆柱形微通道中的运动

生物与人工微型游泳者常须穿过多种环境推进，从异质悬浮介质到强几何受限空间。在受限条件下，微型游泳者生成的局部流场及其与环境的立体与流体动力学相互作用决定了其运动。我们提出一种类 squirmer 模型来描述微型游泳者在圆柱形微通道中的运动，其中推进由固定的表面滑移速度产生。该模型对圆柱形游泳者形状作解析研究，并对球形与椭球形状通过数值流体动力学模拟研究。数值模拟中，我们采用耗散粒子动力学方法建模流体流动。解析模型与模拟均表明推进力随受限程度增强而增大。然而，在所有研究条件下，受限下的游泳速度仍低于无受限时的游泳者速度。模拟中考察了不同游泳模式（即推式、中性、拉式），发现其在游泳者接近毛细管死端时于推进力生成中起显著作用。受限系统中的推进生成是局部的，以致所生成流场通常在该游泳者特征尺寸之外消失。这些结果有助于更好理解强受限下微型游泳者的力生成与推进，包括在多孔介质与狭窄通道中的运动。