El papel del potencial de doble capa en modelos de Stokeslet regularizados de autopropulsión
Autores: Smith, David J.; Gallagher, Meurig T.; Schuech, Rudi; Montenegro-Johnson, Thomas D.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
El papel del potencial de doble capa en modelos de Stokeslet regularizados de autopropulsión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Método
Capa doble
Estokes
Nadador
Potencial
Esbeltez
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El método de estokeslets regularizados se utiliza ampliamente para modelar la propulsión biológica a microescala. El método generalmente se implementa solo con el potencial de capa simple, descuidando el potencial de capa doble, a pesar de que esta formulación a menudo no está justificada a priori debido a la deformación de superficie no rígida. Describimos un enfoque sin malla que permite la inclusión de la capa doble, que se aplica a varios problemas de flujo de Stokes en los que el descuido de la capa doble no es estrictamente válido: la resistencia en una gota esférica con condición de frontera de deslizamiento parcial, la velocidad de natación y la tasa de trabajo de un nadador esférico sin fuerza, y la trayectoria, el flujo generado por el nadador y la tasa de trabajo de nadadores ondulatorios de diferente delgadez. El problema de resistencia se resuelve con precisión con una discretización modesta en una computadora portátil, con la inclusión de la capa doble que varía desde límites de no deslizamiento hasta deslizamiento libre; el descuido del potencial de capa doble resulta en un error de hasta el 24%, confirmando la importancia de la capa doble en aplicaciones como la nanofluidica, en las que puede ocurrir deslizamiento parcial. El problema del nadador que se retuerce también se resuelve tanto para la velocidad como para la tasa de trabajo con un pequeño porcentaje de error cuando se incluye el potencial de capa doble, pero el error en la tasa de trabajo supera el 250% cuando se descuida la capa doble. Por el contrario, el problema del nadador ondulante produce un valor muy similar de la velocidad y la tasa de trabajo tanto para nadadores delgados como no delgados, ya sea que se incluya o no la capa doble, lo que puede deberse a la naturaleza de "cuerpo rígido local" de la deformación, proporcionando evidencia empírica de que su descuido puede ser razonable en muchos problemas de interés. La inclusión de la capa doble nos permite confirmar de manera robusta que la delgadez proporciona importantes ventajas en la motilidad eficiente a pesar de los cambios cualitativos mínimos en el campo de flujo y la distribución de fuerzas.
Descripción
El método de estokeslets regularizados se utiliza ampliamente para modelar la propulsión biológica a microescala. El método generalmente se implementa solo con el potencial de capa simple, descuidando el potencial de capa doble, a pesar de que esta formulación a menudo no está justificada a priori debido a la deformación de superficie no rígida. Describimos un enfoque sin malla que permite la inclusión de la capa doble, que se aplica a varios problemas de flujo de Stokes en los que el descuido de la capa doble no es estrictamente válido: la resistencia en una gota esférica con condición de frontera de deslizamiento parcial, la velocidad de natación y la tasa de trabajo de un nadador esférico sin fuerza, y la trayectoria, el flujo generado por el nadador y la tasa de trabajo de nadadores ondulatorios de diferente delgadez. El problema de resistencia se resuelve con precisión con una discretización modesta en una computadora portátil, con la inclusión de la capa doble que varía desde límites de no deslizamiento hasta deslizamiento libre; el descuido del potencial de capa doble resulta en un error de hasta el 24%, confirmando la importancia de la capa doble en aplicaciones como la nanofluidica, en las que puede ocurrir deslizamiento parcial. El problema del nadador que se retuerce también se resuelve tanto para la velocidad como para la tasa de trabajo con un pequeño porcentaje de error cuando se incluye el potencial de capa doble, pero el error en la tasa de trabajo supera el 250% cuando se descuida la capa doble. Por el contrario, el problema del nadador ondulante produce un valor muy similar de la velocidad y la tasa de trabajo tanto para nadadores delgados como no delgados, ya sea que se incluya o no la capa doble, lo que puede deberse a la naturaleza de "cuerpo rígido local" de la deformación, proporcionando evidencia empírica de que su descuido puede ser razonable en muchos problemas de interés. La inclusión de la capa doble nos permite confirmar de manera robusta que la delgadez proporciona importantes ventajas en la motilidad eficiente a pesar de los cambios cualitativos mínimos en el campo de flujo y la distribución de fuerzas.