由 Marangoni 流驱动的人造微游体的数值模拟

本文探讨单个一种人造微游体——即由 Marangoni 流推动的活性液滴——的行为。驱动该液滴推进机制的非均匀表面张力分布，由其表面表面活性剂的分布不均所产生。我们针对真实系统中起作用的主要因素（如平流、扩散以及具有不同行为的化学物质的存在）提供了数值处理。推导了液滴内外流场，从而考虑了周围流体与游体运动之间的双向耦合。同时考虑了质量扩散。具体而言，我们考虑两个浓度场：体相中的表面活性剂浓度（即液滴周围液体中的浓度）以及表面上的表面活性剂浓度。后者通过状态方程（Langmuir 方程）与局部表面张力相关联。我们考察了体相与表面浓度场之间的不同相互作用机制，即附着在表面的不溶性表面活性剂（体相与表面间无交换）的情况，以及具有表面吸附/脱附的可溶性表面活性剂的情况。我们还考虑了体相浓度场与液滴内部物质达到平衡的情形。数值结果通过与解析计算对比得到验证。我们表明，我们的模型能够复现 squirmers 所呈现的典型推/拉行为。它还能捕捉由 Belousov-Zhabotinsky（BZ）反应驱动的液滴的自推进机制，以及典型的趋化行为。