外部驱动流体流中游动体的动力学：噪声的作用
流体动力学
2022-02-03 v2 统计力学
混沌动力学
摘要
我们从理论上研究了随机涨落对细长微型游动体在外部驱动流体流中水动力输运屏障附近运动的影响。聚焦于二维双曲流，我们考虑了平动扩散、转动扩散以及翻滚（即游动体取向的突然跳跃）的影响。无论扩散还是翻滚是涨落的主要来源，我们发现噪声都会显著增加游动体穿越流场中单向屏障的概率，该屏障会阻止游动体返回其初始位置。我们采用一种渐近方法来计算给定流体流中噪声游动体轨迹的概率密度，该方法可在弱噪声极限下求解含时 Fokker-Planck 方程。这一过程与量子力学中的半经典近似相对应，并同样涉及计算由游动体 Fokker-Planck 方程导出的哈密顿系统的最小作用量路径。利用这种半经典技术，我们计算了 (i) 具有转动扩散和翻滚的游动体的稳态取向分布，以及 (ii) 扩散游动体穿越单向屏障的概率。半经典结果与蒙特卡洛计算结果吻合良好。
引用
@article{arxiv.2108.10488,
title = {Swimmer dynamics in externally-driven fluid flows: The role of noise},
author = {Simon A. Berman and Kevin A. Mitchell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.10488},
year = {2022}
}
备注
11 figures