柔性细丝的沉降
流体动力学
2013-11-04 v1 软凝聚态物质
摘要
本文通过解析和数值方法探讨了柔性细丝在粘性流体中的沉降动力学。与广受研究的刚性杆沉降情况相比，引入细丝柔顺性会导致长期沉降取向和细丝几何形状发生显著改变。通过在零雷诺数流动的细长体理论中平衡粘性力、弹性力和重力，建立了一个模型，并用无量纲弹 - 重力数来表征细丝动力学。考虑了具有非均匀和均匀横截面厚度的细丝。在弱柔性机制下，利用多尺度渐近展开获得了细丝平移、旋转和形状的表达式。结果表明，这些表达式与完整的数值模拟吻合极好。此外，我们表明，与刚性对应物不同，沉降柔性细丝的轨迹被限制在一个云团内，其包络由弹 - 重力数决定。在高度柔性机制下，我们表明沿长轴沉降的细丝容易发生屈曲失稳。线性稳定性分析提供了色散关系，清晰地说明了屈曲过程中压缩应力与恢复弹性力之间的竞争效应。随着失稳增长，它作为波沿细丝逆重力方向传播，预测的增长率与数值模拟结果吻合良好。还研究了控制方程的线性本征模，其与模拟中出现的有限振幅屈曲形状吻合良好。
引用
@article{arxiv.1306.4692,
title = {The sedimentation of flexible filaments},
author = {Lei Li and Harishankar Manikantan and David Saintillan and Saverio E. Spagnolie},
journal= {arXiv preprint arXiv:1306.4692},
year = {2013}
}