流变增强推进的物理：广义斯托克斯中的不同划水方式

剪切稀化是许多生物流体（如粘液）的重要流变特性，表现为流体的表观粘度随剪切而降低。某些微观游泳者已被证明在剪切稀化流体中前进更快，但这种行为是否对所有微观游泳者普遍适用？剪切稀化流变学通过何种物理机制影响游泳者的推进？我们研究了在二维无惯性Carreau流体（剪切稀化“广义斯托克斯”流）中采用规定划水运动学的游泳者。使用femlet方法将游泳者建模为一组浸没的规则化力。然后，在贴体网格上离散控制流体动力学的方程，并用有限元法求解。我们分析了三类不同微观游泳者的运动：（1）概念性游泳者，包括采用一维和二维划水的滑动球体；（2）纤毛虫的滑移速度包络模型，通常称为“蠕动者”；（3）单鞭毛推进者，如精子。我们发现，形态相同的游泳者采用不同划水方式时，在剪切稀化流体中可能比在牛顿流体中游得更快或更慢。我们通过考虑游泳者推进元件和负载元件周围流体粘度的差异来解释这种运动学敏感性，并基于此提出了两种在剪切稀化流体中违反Purcell扇贝定理的往复滑动球体游泳者。我们还表明，由剪切稀化流变引起的流动衰减率增加与滑移速度蠕动者的游速降低相关。对于类精子游泳者，沿鞭毛从厚到薄的流体梯度改变了鞭毛对流体施加的力，使轨迹变平并增加了瞬时游速。