受限脊柱中驱动脑状体动力学的形状、约束与惯性效应
软凝聚态物质
2026-03-24 v2 流体动力学
摘要
各向异性粒子在粘性流动中的动力学支撑着软物质、微流控和靶向药物递送等广泛应用。本文研究了在牛顿流体中悬浮于正方形微通道内的外部驱动的椭圆体（prolate 和 oblate）运动。利用格子玻尔兹赫仿真，辅以基于叠加壁面相互作用的远场水动力学理论，我们系统量化了粒子长宽比、约束强度和流体惯性对椭圆体动力学的影响。对于无约束的椭圆体，我们发现平移速度并非在球形时最大化，而是对于特定长宽比的椭圆体（prolate 端面或 oblate 侧面）而言最大。受约束时，最优长宽比向椭圆形（oblate）倾斜，因为壁面引起的摩擦阻力占主导地位。偏离中心位置引入强烈的平移-旋转耦合，导致两类振荡轨迹——弹射轨迹和反转轨迹，其存在性和结构在相空间中表现为闭合轨道。弱流体惯性打破这些闭合环路：弹射轨迹向外螺旋并与反转轨迹合并，出现新的稳定固定点。这些结果揭示了即使轻微的非球形偏离或爬流条件的改变，也如何深刻影响受限几何中驱动粒子的动力学。这些预测为优化微流控输运中的粒子形状提供了指导，并凸显了在非球形胶体粒子悬浮液中可获得的丰富非线性行为。
引用
@article{arxiv.2602.13336,
title = {Shape, confinement and inertia effects on the dynamics of a driven spheroid in a viscous fluid},
author = {Aditya Bhowmik and Kevin Stratford and Oliver Henrich and Sumesh P. Thampi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.13336},
year = {2026}
}