复杂几何中纤毛驱动的混合与输运模拟

纤毛和鞭毛是基于微管的自驱动结构，存在于许多细胞表面，从单细胞生物的外表面到较大动物体内的上皮内表面均有分布。一种快速且稳健的数值方法，能够模拟纤毛与流体中刚性颗粒、液滴或细胞等组分颗粒的耦合流体动力学，不仅有助于理解由纤毛功能障碍引起的若干疾病与发育病理，还可用于设计具有纤毛培养物以实现某些目标功能（例如最大化流体输运或颗粒混合）的微流控芯片。在本文中，我们开发了一种混合数值方法，采用边界积分法处理受限几何与刚性组分颗粒，并采用正则化 Stokeslet 方法处理纤毛。我们给出了若干示例，展示了受限几何对纤毛生成流体混合以及纤毛-颗粒流体动力学的影响。