正则化 Stokeslet 环——一种高效的轴对称 Stokes 流方法及其在生长花粉管中的应用
流体动力学
2019-06-12 v2
摘要
正则化 Stokeslet 方法基于由空间平滑集中力引起的高黏性流方程的无散度精确解，被广泛用于生物流体力学。许多感兴趣的问题是轴对称的，这促使人们研究 Stokeslet 的方位角积分形式，其在物理上对应于平滑力的环。本文推导了由轴对称平滑点力环（即“正则化环let”）引起的速度（单层势）与应力（双层势）的正则化基本解，以第一类与第二类完全椭圆积分表示。计算了平移、旋转单位球的阻力问题中总阻力与周围流体速度的相对误差，以及底层阻力矩阵的条件数；并将正则化方法与 3D 正则化 Stokeslet 及奇异的基本解方法进行比较。计算了 Purcell 环面游动者的速度；正则化环let 能准确评估非细长环面的表面力与推进速度。正则化之益处通过快速生长花粉管内胞质流体速度分布的模型得以说明。管内囊泡的肌动蛋白-肌球蛋白传输用浸没于流体中的力建模，由此发现沿中央肌动蛋白束的传输对达到实验观测到的流速至关重要。还考虑了管生长速度对内部胞质速度的影响。对于轴对称问题，正则化环let 方法展现出与基本解方法相当的精度，同时允许在流体域内布置力并具有更令人满意的收敛性质。
引用
@article{arxiv.1902.10476,
title = {Regularized Stokeslet rings - an efficient method for axisymmetric Stokes flow, with application to the growing pollen tube},
author = {James Tyrrell and David J Smith and Rosemary J Dyson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.10476},
year = {2019}
}
备注
36 pages, 19 figures ; edited authors' initials