Motion of a non-axisymmetric particle in viscous shear flow

Motion of a non-axisymmetric particle in viscous shear flow
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非轴对称粒子在粘性剪切流中的运动

DOI:
10.1017/jfm.2019.367
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发表时间:
2019
影响因子:
3.7
通讯作者:
Thorp I
Thorp I
中科院分区:
工程技术2区
文献类型:
--
作者:
Thorp I

文献摘要

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我们检查具有两个对称平面的零雷诺数粒子的剪切流中的运动。我们表明,在大多数情况下,旋转运动在质量上与非轴对称椭球体的旋转运动相似,并且以混沌和准周期轨道的组合为特征。我们使用柯尔莫哥洛夫-阿诺德-莫泽 (KAM) 理论和动力系统中的相关思想来阐明运动的基本数学结构,从而解释为什么这么一大类粒子都以基本相同的方式旋转。对具有不同中心线曲率的弯曲球体进行了数值模拟,发现这些球体在某些初始方向上会持续漂移穿过流线。我们将这种迁移的起源解释为粒子定向轨道缺乏对称性的结果。
We examine the motion in a shear flow at zero Reynolds number of particles with two planes of symmetry. We show that in most cases the rotational motion is qualitatively similar to that of a non-axisymmetric ellipsoid, and characterised by a combination of chaotic and quasiperiodic orbits. We use Kolmogorov–Arnold–Moser (KAM) theory and related ideas in dynamical systems to elucidate the underlying mathematical structure of the motion and thence to explain why such a large class of particles all rotate in essentially the same manner. Numerical simulations are presented for curved spheroids of varying centreline curvature, which are found to drift persistently across the streamlines of the flow for certain initial orientations. We explain the origin of this migration as the result of a lack of symmetries of the particle’s orientation orbit.
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