柔性螺旋杆在粘性流体中旋转的推进与失稳

我们将实验与模拟相结合，研究在低雷诺数条件下，柔性螺旋杆在粘性流体中旋转的流固耦合问题。我们的分析考虑了弹性杆的几何非线性行为与非局部流体动力学模型之间的耦合。我们量化了所产生的推进力，以及在超过临界旋转速度时原本呈螺旋形的细丝发生的屈曲失稳。我们进行了标度分析以合理化该失稳的发生。构建了一个通用相图以描绘成功推进的区域，并确立了相应的稳定性边界。将我们的结果与鞭毛细菌的数据进行比较，表明这种失稳可能在自然界中被用于生理目的。