轴对称约束对三球微游动器推进的影响

微尺度游动近期因游动微生物的基础生物学意义及人工微游动器广泛的生物医学应用而备受关注。这些微游动器不可避免地处于不同约束边界的包围中，这会以显著且多样的方式影响其运动。本工作中，我们采用广泛使用的三球游动器模型研究低雷诺数下约束对游动的影响。我们通过点粒子近似的理论分析与基于有限元法的数值模拟，考察毛细管中沿中心线的游动器运动。轴对称构型将运动简化为一维移动，使我们能以简单方式量化约束程度如何影响推进速度。结果表明，在管半径与球半径之比处于 $\mathcal{O}(1)-\mathcal{O}(10)$ 范围前，约束未显著影响推进速度；该范围内随管半径减小，游动器推进速度大幅降低。我们提供了关于约束下运动球体间流体动力相互作用减弱如何阻碍三球游动器推进的一些物理见解。我们还指出，推进性能降低与毛细管中观察到的螺旋推进增强形成鲜明对比，突显约束效应的表现可因游动器所用推进机制不同而存在定性差异。