Kolmogorov 流中游泳体由噪声诱导的聚集

我们研究了一个在外加层流 Kolmogorov 流中椭球型微游泳体动力学的模型。通过对无噪声动力学的相空间分析，我们发现游泳体倾向于横向漂移或旋转漂移，取决于其游动速度和长径比。当加入噪声（即旋转扩散）时，我们发现游泳体被驱入相空间的特定区域，导致非均匀的稳态分布。该分布表现出一种转变：随着游泳体速度、长径比和旋转扩散系数的变化，游泳体从在流的低剪切区聚集转变为在高剪切区聚集。为解释游泳体的非均匀相空间分布，我们应用弱噪声平均原理，该原理给出了随机游泳体动力学的降维描述。利用此技术，我们发现某些游泳体轨迹在弱旋转扩散存在时比其他轨迹更有利。通过将此信息与沿各轨迹的游泳体相空间速度相结合，我们预测了游泳体倾向于累积的相空间区域。平均技术的结果与游泳体稳态分布的直接计算吻合良好。特别地，我们的分析解释了从低剪切到高剪切聚集的转变。