毛细管中螺旋鞭毛的推进
流体动力学
2014-01-09 v1
摘要
我们研究了受限于圆柱管内的旋转螺旋细丝的微观尺度推进，采用了一种考虑螺旋对称性的斯托克斯流边界元方法。我们确定了受限程度对游动速度和功率消耗的影响。除了在最紧密受限情况下的一小段管半径范围外，在固定旋转速率下，游动速度随受限程度的增加而单调递增。在固定扭矩下，游动速度和功率消耗仅取决于细丝中心线的几何形状，除非在螺距角极小且细丝厚度起作用的情况下。我们发现，无论受限程度如何，大肠杆菌（\textit{Escherichia coli}）鞭毛的“正常”几何形状均针对游动效率进行了优化。当螺旋在一个螺距内的弧长与圆柱壁的周长相匹配时，效率达到峰值。我们还表明，管内的游动螺旋会诱导流体沿管产生净流动。
引用
@article{arxiv.1310.5977,
title = {Propulsion by a Helical Flagellum in a Capillary Tube},
author = {Bin Liu and Kenneth S. Breuer and Thomas R. Powers},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.5977},
year = {2014}
}
备注
13 pages, 5 figures