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流体惯性力矩导致微小游动颗粒自发朝上游动

湍流,浮游生物,垂直迁移,欧拉拉格朗日模拟

海洋浮游生物通常可以建模为细长的游动颗粒。我们发现，由于流体惯性力矩和重力的影响，游动颗粒会自发地沿着重力反方向游动。我们由此认为流体惯性是浮游生物获得稳定的竖直向上游动方向的机制之一。借助欧拉-拉格朗日直接数值模拟，我们分析了游动颗粒在静止流体和湍流中的朝向和空间聚集等统计量，发现若颗粒的游动速度大于沉降速度，在流体惯性力矩的作用下，它们倾向于沿着重力反方向游动。此外，它们倾向于聚集在流体朝下流动的区域，并形成空间聚集。这些统计特性受到颗粒形状的影响，但主要取决于颗粒的游动和沉降速度。我们的发现或许意味着流体惯性力矩能够促进浮游生物在海洋中的竖直向上迁移。