No net motion for oscillating near-spheres at low Reynolds numbers
我们研究了低雷诺数下振荡的近球形颗粒周围的流动，以及由此产生的运动。我们分析表明，没有净运动可以产生一阶Re和一阶非球面参数，无论粒子的形状。因此，几何诱导的声流推进，如果有的话，必须出现在更高的顺序。
2019-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Soft swimming: Exploiting deformable interfaces for low-Reynolds number locomotion
往复运动不能用于在低雷诺数下在无限流体中或刚性表面附近的运动。在这里，我们表明，对于在可变形界面附近进行往复运动的物体，这一限制是放松的。使用物理参数和缩放关系，我们表明，由相互流动引起的界面变形所产生的非线性整流的游泳者的周期性运动，导致运动。这样的策略可以用来移动朝向，远离和平行于任何可变形的界面，只要涉及的长度尺度小于内在尺度，我们确定。一个近自由面的宏观扑翼运动实验说明了这一新的结果。
2008-06-27 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A circle swimmer at low Reynolds number
在低雷诺数条件下，在各种情况下都会出现绕圈游泳现象。在这里，我们提出了一个简单的模型进行圆周运动的游泳者，概括的模型，线性游泳者提出的Najalan和Golestanian（物理学评论E 69，062901（2004））。我们的模型由三个固体球体排列成三角形，由两个时间依赖性长度的链接连接。对于小的中风，我们讨论的运动的游泳者作为其链接之间的分离角的函数。我们发现，游泳运动员描述顺时针或anticipatory圆周运动取决于倾斜角度在一个非平凡的方式。游泳者的对称性导致了远场流场的四极衰减。我们讨论了我们的模型的潜在扩展和实验实现。
2012-07-13 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Inertial migration and axial control of deformable capsules
单细胞的机械变形能力是癌症、血液病、炎症等多种疾病的重要指标。芯片实验室设备允许使用流体动力将这些细胞与健康细胞分离。我们进行流体力学模拟的基础上的格子玻尔兹曼方法和研究的行为的弹性胶囊在微流体通道流动的惯性制度。虽然惯性升力驱动胶囊远离通道中心，但其可变形性有利于沿相反方向迁移。平衡两种迁移机制，可变形胶囊根据其大小和可变形性以特定的平衡距离组装。我们发现，这个平衡距离几乎是独立的通道雷诺数和落在一个单一的主曲线绘制时，与拉普拉斯数。我们确定了一个类似的主曲线不同的粒子半径。相反，胶囊的实际变形强烈地依赖于雷诺数。升力曲线的行为与刚性粒子的行为类似。利用Saffman效应，胶囊的平衡位置可以通过沿通道轴线的外力来控制。当刚性颗粒在减速时移动到中心时，非常软的胶囊显示相反的行为。有趣的是，对于一个特定的控制力粒子集中在同一个平衡位置独立于其变形。
2017-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Simplest Swimmer at Low Reynolds Number: Three Linked Spheres
我们提出了一个非常简单的一维游泳者，由三个球体组成，这些球体通过刚性杆连接，刚性杆的长度可以在两个值之间变化。与周期性运动的非互易的方式，这打破了时间反演对称性以及平移对称性，我们表明，该模型设备可以在低雷诺数游泳。该模型系统可用于构建分子大小的机器。
2004-02-03 cond-mat.soft
Inertial migration of neutrally-buoyant particles in superhydrophobic channels
在有限雷诺数下，颗粒穿过流动流线迁移到微通道中的平衡位置。这种迁移归因于惯性升力，并且众所周知，中性浮力颗粒的平衡位置仅由其尺寸和雷诺数确定。在这里，我们证明了超疏水凹槽的通道的底壁的装饰提供了额外的可能性操纵中性浮力颗粒。结果表明，有效的各向异性流体动力学滑动这样的底壁可以很容易地用来改变平衡位置的颗粒，并产生它们的运动横向的压力梯度。这些结果可以指导设计新的惯性微流体装置，用于通过它们的尺寸有效地分选中性浮力微粒。
2019-12-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Life at low Reynolds number isn't such a drag
本文受Purcell经典讲座启发，阐述如何借助标度论证、量纲分析和化学工程原理定量描述微生物游泳，以促进生物系统理解与工程创新。
2024-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Two-sphere low Reynold's propeller
本文介绍了一个低臂游泳运动员的三维模型，并对其进行了分析。该模型由两个大小球体通过两个相互垂直的细杆连接而成。该系统的几何形状是由使用单尾游泳的微生物激发的，大的球体代表微生物的头部，小的球体类似于它的尾巴。每个杆以有效地推进系统的非往复方式改变其长度和方向。平移和旋转速度的游泳者进行了研究，为不同的参数值。我们的研究结果表明，通过改变参数，我们可以调整游泳者的运动速度和方向。
2010-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of dilute red blood cell suspensions in a microchannel flow at low Reynolds number
微流体技术通常用于红细胞（RBC）悬浮液的操作和流动介导的生物力学分析。为了提高微流控装置的性能，了解其中处理的悬浮液的动力学是至关重要的。我们报告的红细胞悬浮液在低雷诺数下流过一个典型的微通道的时空动力学的新方面。通过实验与稀释的红细胞悬浮液，我们发现一个偏离中心的两个峰值（OCTP）的细胞分布相反，通常报告的低惯性流的集中分布。这让人想起了由惯性效应引起的众所周知的“管状箍缩效应”。然而，在我们的实验中，考虑到惯性可以忽略不计的条件，需要对这种OCTP曲线进行另一种解释。我们使用浸没边界格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）在真实尺寸的微流体尺寸中对RBC流动进行了并行模拟，证实了实验结果，并阐明了违反直觉的RBC模式的潜在机制。通过分析红细胞迁移和无细胞层（CFL）的发展在一个高纵横比的通道，我们表明，这样的分布是共同决定的空间衰减的流体动力升力和全球缺乏细胞分散在稀悬浮液。我们发现CFL的发展长度大于46和28水力直径的实验和模拟，分别超过典型的长度的微流体设计。我们的工作突出了稀释悬浮液中瞬时细胞分布的关键作用，如果不考虑这可能会对实验结果的可靠性产生负面影响。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analytic results for the three-sphere swimmer at low Reynolds number
本文对由两臂连接的三个球体组成的低雷诺数游泳者的简单模型进行了一般形式的考虑和分析。游泳的速度，力-速度响应，功耗和效率的游泳者计算一般变形，也为特定的模型处方。噪声和连贯性的中风周期中的作用进行了讨论。
2008-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Valveless pumping at low Reynolds numbers
低雷诺数下的泵送是生物有机体和工程设备中普遍遇到的特征。产生净流量需要系统中存在不对称性，这传统上来自几何流量整流器。本文研究了无阀$N$振荡泵串联系统，系统的不对称性不是来自于系统的几何结构，而是来自于时间，即泵之间的相移。实验结果与理论计算结果吻合得很好。我们提供了最佳的相移导致最大的净流量在连续的$N\rightarrow \infty$限制，大于25\%，比传统的蠕动正弦波。我们的研究结果为设计更高效的微流体泵铺平了道路。
2023-02-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stochastic Low Reynolds Number Swimmers
随着技术的进步，使我们能够制造更小的自主自推进装置，很明显，在某些时候，直接推进不能来自预先指定的确定性周期性变形的游泳者的身体，我们需要制定战略，以提取一个净定向运动从一系列的随机过渡的构象空间的游泳者。基于这一概念，我们提出了一种理论公式来描述驱动低雷诺数游泳者运动的“随机马达”，并利用它来研究一个简单的低雷诺数游泳者，即三球体游泳者模型的推进。当详细平衡被打破，电机被驱动失去平衡时，它可以推动游泳者向所需的方向运动。该公式可用于研究分子尺度低雷诺数游泳者的优化设计策略。
2009-01-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Orientational order and topological defects in a dilute solutions of rodlike polymers at low Reynolds number
本研究通过直接数值模拟探究低雷诺数下刚性棒状聚合物稀溶液的取向与混沌流的关系，发现棒状聚合物倾向与速度场对齐，旋转无序区关联强涡度梯度，类湍流行为与平均指向矢场拓扑缺陷相关，分析覆盖二维与三维。
2023-12-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The random walk of a low-Reynolds-number swimmer
在微米尺度上游泳需要特殊的策略。实际上，当惯性与粘性力相比可以忽略不计时（即雷诺数$Re$低于1），流体动力学方程在时间上是可逆的。为了在低雷诺数下获得推进力，游泳者必须以一种在时间反演下不恒定的方式变形。在这里，我们调查的自我推进的生物体的扩散特性，通过显微镜和细胞跟踪。我们感兴趣的系统是微藻\textit{Chlamydomonas Reinhardtii}，一种直径约10微米的能动的单细胞绿色藻，带有两个前鞭毛。在稀悬浮液的情况下，我们表明，跟踪轨迹很好地模拟了相关的随机游走。这个过程是基于运动方向上的短时间相关性，称为持久性。在较长的时间内，相关性丢失，并且标准的随机游走表征轨迹。此外，高速成像使我们能够显示鞭毛在很短的时间内的来回运动如何影响动态的统计描述。最后，我们将展示阻力如何修改这个特定的随机游走的特性。
2011-02-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Swimming of an assembly of rigid spheres at low Reynolds number
本文导出了一种计算刚性球在无限大粘性流体中游动速度和所需功率的矩阵公式。球体可以具有任意半径并且可以与弹性力相互作用。分析是基于斯托克斯流动矩阵的一组领域，定义在低雷诺数流体力学。对于小振幅游泳，在给定功率下游泳速度的优化导致特征值问题。该方法允许直接计算的游泳性能的结构建模为组件的相互作用的刚性球体。
2014-09-17 cond-mat.soft
Minimal two-sphere model of the generation of fluid flow at low Reynolds numbers
由于惯性的不相关性，低雷诺数下的运动和流动的产生受到严重的限制：“扇形定理”要求系统至少有两个自由度，它们以非互易的方式运动，即打破时间反演对称性。我们在这里表明，一个极小模型组成的只是两个球驱动的谐波势是能够产生流。在该泵系统中，两个自由度是两个球体的平均位置和相对位置。我们已经进行了分析预测，数值模拟和实验，并进行了比较，表明时间可逆的驱动器是足够的诱导流动。
2010-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Low-Reynolds-number, bi-flagellated Quincke swimmers with multiple forms of motion
在零雷诺数（Re）的限制下，游泳者利用一系列非往复的身体运动来推进自己。对于人工游泳器，需要结合其几何和机械特性，适当选择驱动其运动的动力源。尽管各种外部场（磁场、声学、光学等）已经介绍了，电场很少用于在无限空间中实验性地致动这种游泳者。在这里，我们使用均匀和静态的电场，以证明运动的双鞭毛球在低Re通过昆克旋转。这些昆克游泳者表现出三种不同形式的运动，包括由于弹性电流体动力相互作用而产生的自振荡状态。每一种运动形式都遵循着空间中不同的轨迹。我们的实验和数值结果表明，一种新的方法来产生，并可能控制，人工鞭毛虫游泳运动。
2021-05-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Three-Sphere Low Reynolds Number Swimmer with a Cargo Container
一个最近推出的自主游泳者在低雷诺数，这是由两个手臂连接的三个球体被认为是当其中一个球具有大半径的模型。利用Oseen给出的任意半径球前点力的Stokes Green函数$R$，可以解析地研究与该系统的泳姿和净运动有关的Stokes流体动力学流动。计算游泳速度，并显示为$1/R^3$与球体半径成比例。
2008-03-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stationary shapes of deformable particles moving at low Reynolds numbers
暑期学校的讲座笔记“微型游泳者-从单粒子运动到集体行为”，由DFG优先计划SPP 1726组织（Forschungszentrum J{ü}lich，2015）。
2015-10-05 cond-mat.soft
Scattering of low Reynolds number swimmers
我们描述了两个低雷诺数游泳者的流体动力散射的斯托克斯方程的时间反演不变性的后果。对于通过时间反演变换彼此相关的游泳者，这导致了惊人的结果，即两个游泳者之间的角度通过散射保持不变。结果示出了特定情况下的链接球模型游泳者。对于更一般的游泳者对，彼此不相关的时间反演，我们发现流体动力散射可以改变几十度的轨迹之间的角度。对于两个相同的收缩性游泳者，这可以导致形成束缚状态。
2008-10-09 cond-mat.soft
Hysteresis at low Reynolds number: the onset of 2D vortex shedding
在研究准二维系统中的层流和旋涡脱落之间的过渡时，观察到了滞后现象。该系统是一个垂直的，快速流动的肥皂膜，它是由一个杆垂直于膜平面定向穿透。我们的实验表明，从层流到周期性卡门涡街的转变可以是滞后的，即涡流可以在低于产生它们所需的速度的速度下存活。
2000-03-21 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Influence of shear flow on vesicles near a wall: a numerical study
我们描述了三维流体囊泡在稳定的剪切流附近的壁的动力学。这是在低雷诺数下使用边界元法进行数值分析。面积不可压缩囊泡表现出弯曲弹性。由于粘附或重力引起的力与驱动囊泡远离壁的流体动力学升力相反。我们调查了三起案件。首先，将中性浮力囊泡放置在仅作为几何约束的壁附近。我们发现，提升速度是线性比例的剪切速率和囊泡和壁之间的距离的增加而减小。第二，对于充满密度更大的流体的囊泡，我们发现了一个静止的悬停状态。我们提出了一个估计的粘性升力，这似乎同意最近的实验Lorz等人。信件：第51卷，468（2000）]。第三，如果壁施加一个额外的粘附力，我们调查的动态脱粘转变发生在一个粘附强度线性正比于剪切速率。
2001-02-07 cond-mat.soft
Modeling microscopic swimmers at low Reynolds number
我们采用三种数值方法来探索低雷诺数游泳运动，通过Oseen张量近似，格子Boltzmann模拟和多粒子碰撞动力学建模的流体动力学相互作用。通过将该方法应用于三珠线性游泳者，其确切的结果是已知的，我们能够比较和评估不同方法的有效性。然后，我们提出了一类新的低雷诺数游泳者，广义三珠游泳者，可以改变他们的手臂的长度和他们之间的角度。因此，我们提出了一种能够在三维空间中移动的微结构的设计。我们讨论了多珠，线性微结构，并表明他们是高效的游泳者。然后，我们转而考虑弹性细丝的游动运动。使用多粒子碰撞动力学，我们表明，驱动灯丝的行为在定性上类似的方式，最近德雷福斯等人证明了微米尺度的游泳设备。
2007-01-22 cond-mat.other cond-mat.soft
Filament actuation by an active colloid at low Reynolds number
活性胶体和外部驱动的半柔性细丝为设计自主运动的微机械提供了基本的构建模块。在这里，我们表明，一个被动的半柔性丝可以被驱动和运输附加一个活性胶体到其终端。我们研究这个组件的动力学时，它是自由的，拴系，或夹紧使用过阻尼运动方程，明确占主动流体流动和它介导的力。线性状态被屈曲不稳定性破坏，产生非零曲率和扭曲的稳定状态。我们划定这些国家的边界在二维参数空间表示无量纲措施的极性和非极性活动。我们提出的组件可以作为一种新的组件在低雷诺数下的微机械的设计和研究弹性不稳定性驱动的“追随者”的力量。
2016-12-19 cond-mat.soft
A bi-directional low-Reynolds-number swimmer with passive elastic arms
本文推广了将三球游泳器主动臂替换为被动弹簧的设计，通过增加弹簧数量，利用单个驱动臂的频率实现双向游泳，克服扇贝定理限制。
2024-03-19 cond-mat.soft math.CA
Low Reynolds number hydrodynamics of asymmetric, oscillating dumbbell pairs
主动式哑铃悬浮系统是低雷诺数下集体游泳最简单的模型系统之一。概括最近的工作，我们推导和分析中风平均的运动方程，捕捉有效的流体动力学远场之间的相互作用，在三个空间维度的振荡，不对称哑铃。时间平均的运动方程，如本文所提出的，不仅产生了相当大的速度在数值模拟，他们也可以作为一个出发点时，推导连续方程的宏观动力学的多游泳悬浮液。这里讨论的特定模型在这方面似乎特别有用，因为它允许人们研究集体宏观行为如何受到个体游泳者微观对称性变化的影响。
2010-07-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flexive and Propulsive Dynamics of Elastica at Low Reynolds Numbers
一个僵硬的单臂游泳者在甘油中无处可去，但如果它的手臂是弹性的，施加与局部曲率成比例的恢复扭矩，游泳者可以继续前进。考虑到这个快乐的结果和弹性的原则，我们研究了超扩散方程的形状的弹性体在粘性流中，找到解决方案的脉冲或振荡迫使，并阐明相关方面的推进。这些结果在各种物理和生物背景下的应用，从动态生物聚合物弯曲实验的弹性长丝的不稳定性。
1997-07-31 cond-mat.soft q-bio
Sedimentation of Oblate Ellipsoids at low and Moderate Reynolds numbers
在生物物理和环境工程的许多应用中，非球形颗粒（例如：椭球体）的沉降是一个重要问题。在我们的工作中，我们模拟了重力作用下扁椭球的动力学。我们研究的沉降速度和平均取向的椭球体的体积分数的函数。我们看到，沉降速度在中等密度下显示出局部最大值，这与球体不同。椭球体的平均取向也显示出类似的局部最大值，我们观察到，随着雷诺数的增加，这个局部最大值消失。此外，在小的体积分数，我们观察到的扁椭球体表现出取向的集群效应与重力伴随着强烈的密度波动。与球体相比，扁椭球的垂直和水平起伏都很小。
2004-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
