活性粒子在振荡性通道流中的泰勒-阿里斯迁移
流体动力学
2025-10-13 v1
摘要
振荡流中的质量迁移与多种环境和生物过程密切相关，其与稳态流中迁移的差异源于粒子斑块的周期性膨胀和收缩。本研究考察活性粒子在平行板之间的层流振荡流中的泰勒-阿里斯迁移。采用两种互补方法：一种用于预渥近迁移的 Smoluchowski 方程两时变量展开，以便应用 Aris 方法求解矩；另一种扩展泰勒迁移理论以捕捉相位相关的周期性漂移和迁移率。在两套框架下，我们发现球形非旋转游动的游动体在纯振荡流中可表现出大于或小于被动溶质的扩散率，这种行为主要源于 Jeffery 轨道支配的横向迁移被破坏。当叠加稳态分量后，振荡对扩散率产生非单调的双重效应。我们进一步考察两种 well-studied 的剪切相关聚集机制，即 gyrotaxis 和拉伸。尽管由于流动的非稳定性，这些聚集效应不如稳态流中明显，但旋转游动体对非稳态剪切轮廓的响应更为有效，显著改变其漂移和迁移率。这一工作为活性粒子在振荡流中的迁移提供了新见解，也为研究超越振荡流的周期性活性迁移（如形状和游动速度的周期变化）奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2507.18241,
title = {Taylor$\unicode{x2013}$Aris dispersion of active particles in oscillatory channel flow},
author = {Bohan Wang and Weiquan Jiang and Li Zeng and Zi Wu and Ping Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.18241},
year = {2025}
}