发表机构
Kobe University; Chiba University; Tottori University（神户大学; 千叶大学; 鸟取大学）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。AI 中文总结
本文建立二维线性往复流下有效扩散的一般理论，推导精确表达式，证明往复流普遍增强扩散且张量各向异性可致定向抑制，为微流控输运操控提供新框架。
AI 中文摘要
往复流反复将流体元素带回其初始位置，在时间平均上不产生净平流输运。然而，它们与扩散的相互作用却产生了非平凡的输运现象。为描述这一现象，我们发展了一个在任意时间依赖的二维线性流下有效扩散的一般理论。通过分析平流-扩散方程，我们在单一框架内推导了拉伸流、简单剪切流和旋转流的均方位移及有效扩散系数的精确表达式。我们证明往复流普遍诱导扩散增强。扩散张量表现出显著的各向异性，这可能导致尽管方向平均扩散存在，仍出现定向扩散抑制。我们的结果为通过时间依赖流进行扩散控制提供了一个一般框架，并可为微流控和生物系统中的输运操控提供新策略。
英文摘要
Reciprocal flows repeatedly return fluid elements to their initial positions, producing no net advective transport on time average. Nevertheless, their interplay with diffusion gives rise to nontrivial transport. To describe this phenomenon, we develop a general theory of effective diffusion under two-dimensional linear flows with arbitrary time dependence. By analyzing the advection-diffusion equation, we derive exact expressions for the mean square displacement and the effective diffusion coefficients for extensional, simple shear, and rotational flows within a single framework. We show that the reciprocal flows universally induce diffusion enhancement. The diffusion tensor exhibits pronounced anisotropy, which can result in directional diffusion suppression in spite of the direction-averaged diffusion enhancement. Our results provide a general framework for diffusion control by time-dependent flows and can provide new strategies for transport manipulation in microfluidic and biological systems.
Comments15 pages, 5 figures
