弹性囊泡在剪切流中的摆动与翻滚

本文采用谱方法数值研究了无限剪切流中弹性微囊泡的形变。将囊泡形状和流体动力学流场展开为光滑基函数。基函数导数的解析表达式允许在膜上的指定网格点评估弹性和流体动力学应力以及弯曲力。与采用三角剖分方案的方法相比，该方法的优势在于生成的囊泡形状自动光滑，且仅需少量模态即可精确描述形变。针对具有球形和椭球形无应力参考形状的囊泡进行了计算。初始球形囊泡的小形变结果与解析预测一致。对于初始椭球形囊泡，近期的近似理论预测了坦克履带式运动倾角的稳定振荡，以及在低剪切率下向翻滚的转变。这两种现象也已在实验中观察到。利用我们的数值方法，我们复现了振荡现象以及向翻滚的转变。我们探索了剪切率和粘度比变化下的完整相图。虽然数值获得的相图在定性上与理论一致，但在我们的模拟时间内未观察到间歇性行为。我们的结果表明，在该相图区域中，初始翻滚运动仅是瞬态的。