任意轴对称形状微游动器的最优滑移速度
流体动力学
2021-02-03 v2 软凝聚态物质
最优化与控制
摘要
本文提出一种计算方法，用于确定悬浮于黏性流体中任意给定形状的轴对称微游动器上的最优滑移速度。目标是最小化为维持目标游动速度所需的功率损耗，或等效地最大化微游动器的效率。鉴于支配流体运动的斯托克斯方程具有线性，我们证明这一 PDE 约束优化问题可化简为更简单的二次优化问题，其解通过高阶精度的边界积分法求得。我们考虑了由约化体积参数化的多种形状族并计算其游动效率。其中，发现长球椭球体在给定约化体积下是最有效的微游动器形状。我们提出了一种简单的基于形状的标量度量，可判定给定形状上的最优滑移使其成为推式、拉式还是中性游动器。
引用
@article{arxiv.2007.09567,
title = {Optimal slip velocities of micro-swimmers with arbitrary axisymmetric shapes},
author = {Hanliang Guo and Hai Zhu and Ruowen Liu and Marc Bonnet and Shravan Veerapaneni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.09567},
year = {2021}
}