表面重力波中各向异性粒子的输运与取向
流体动力学
2026-01-01 v1
摘要
我们研究了各向异性粒子在单色线性表面重力波中的平移和取向动力学。近期研究表明，中性浮力椭球体在这样的波场中会获得一个优先平均取向，该取向独立于其初始状态，仅由其纵横比决定。通过比较沉降参数Sv（沉降速度与波速之比）与渐近小波陡度ε，我们研究了负浮力粒子的长时间动力学。我们考察了从弱沉降区域（Sv ≪ ε²）中纵横比依赖的平衡取向到强沉降极限（Sv ≫ 1）中初始条件依赖的对齐的转变。由于各向异性粒子的平移和取向是耦合的，我们利用取向动力学来预测净水平输运。流体惯性产生了一个惯性力矩，打破了Stokes简并并驱动侧向对齐。我们分析了该力矩对漂移和对齐速率随沉降和波参数的影响。最后，我们通过参数σ评估了有限尺寸效应，表明中性浮力的有限尺寸椭球体表现出σ依赖的漂移，当椭球体尺寸接近波长时验证了有限尺寸近似。
引用
@article{arxiv.2512.24190,
title = {Transport and orientation of anisotropic particles settling in surface gravity waves},
author = {Himanshu Mishra and Anubhab Roy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.24190},
year = {2026}
}