有限 Péclet 数下的泳动自推进

泳动自推进是小尺度下无力和无力矩运动的独特范例。描述自扩散泳动粒子周围流场的经典框架忽略了溶质场被流动的对流作用，并假设化学相互作用层比粒子尺寸薄。本文量化并表征了溶质对流对球体泳动自推进的影响。我们首先严格推导了在有限 Péclet 数 (Pe) 下薄相互作用层假设的适用范围。在此假设下，我们通过计算求解了 Janus 泳动粒子周围的流动，并考察了溶质对流对推进及粒子产生流场的影响。我们证明，尽管在高 Péclet 数下对流总是导致游泳速度和流动应力偶极子降低，但在中等 Pe 值下却可能获得增强。这种可能的游泳增强关键取决于溶质与表面之间化学相互作用的性质。随后，我们推导了小 Pe 下的渐近分析，以合理解释我们的计算结果。我们的计算和理论分析还辅以一项关于粒子表面反应效应对游泳作用（Damköhler 数）的并行研究。