利用附近等温壁操控热驱动微马达
流体动力学
2021-07-01 v1
摘要
已观察到微颗粒表面的选择性加热会因自生温度梯度导致其在流体介质中自主运动。在本工作中，我们从理论上研究这种自热泳粒子在保持等温的平面壁附近的响应。我们导出能量方程的精确解，并运用雷诺互易定理得到蠕动流极限下的平动与转动游动速度。随后，我们分析微马达在不同热物理与构型参数下的轨迹。结果表明，通过适当选择具有选择性热导率对比的粒子与周围流体组合，微马达轨迹可从贴壁滑动或静止状态切换为逃离近壁区。进一步，我们讨论该游动状态转变对发射取向与金属帽覆盖度的依赖关系。我们的结果显示，尽管在将通量与相关强迫参数梯度关联的本构律上存在明显类比，此处所讨论的情形与已被广泛研究的惰性壁附近自扩散泳现象具有若干独有的区分特征。此处最显著的游动行为反差是，自热泳微马达即便初始背离壁面，也能凭借大加热帽朝向壁面迁移。此外，在游动静止状态下，微马达表面的冷端在所有条件下均背向壁面。此类独特的运动特性具有实际潜力，可用于在热调控流体环境中实现对微颗粒自主运动的精细控制。
引用
@article{arxiv.2011.11407,
title = {Steering a thermally activated micromotor with a nearby isothermal wall},
author = {Antarip Poddar and Aditya Bandopadhyay and Suman Chakraborty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.11407},
year = {2021}
}