Simulation based analysis of the micro propulsion with rotating corkscrew motion of flagella

Abstract

Bu çalısmada, dönen helis kuyruk kullanan mikro yüzücünün benzetim tabanlıparametrik analizi sunulmustur. Sayısal modeller mikro yüzücünün içine konumlandırıldığısilindirik bir mikro kanaldan olusur. Dönen helis kuyruğun olusturduğu akıs 1'den çok dahaküçük bir Reynolds sayısına sahiptir ve bu akıs, üç boyutlu, zamana bağlı ve kütleninkorunuma dayanan Navier Stokes denklemleri ile çözülmüstür. Mikro kanal içinde yönüdeğisen yüzücünün ve onun dönen helis kuyruğunun bir gereksinimi olarak benzetimlerdebiçimi bozulan örgü yöntemi kullanılmıstır.Elde edilen parametrik sonuçlar, girdi değiskenleri olan, helis kuyruğun azamigenliğinin, dalga boyunun, uzunluğunun ve dönme hızının yüzücünün hareketparametrelerine, güç gereksinimine ve güç verimliliğine olan etkisini ortaya koymustur.Yüzme hızları için elde edilen sayısal sonuçlar literatürde mevcut olan analitik tahminler ileteyit edilmistir. Diğer bir teyit ise Vibrio Alginolyticus bakteri modeline ait sayısalsonuçların, literatürde mevcut olan ve gözlemsel deneyler ile elde edilen sonuçlar ilekarsılastırılmasıyla gerçeklesmistir.

In this work, a simulation based parametric analysis of a micro swimmer with a rotatinghelical tail is presented. The numeric model consists of micro swimmer positioned in acylindrical micro channel. The flow induced by the rotating helical tail has a Reynoldsnumber much smaller than 1 and it is solved by three dimensional, time dependent NavierStokes equations subject to continuity. As a requirement of the changing orientation of theswimmer and its rotating helical tail in the micro channel, ALE description of the mesh isused in simulations. The obtained parametric results show the effect of input parameters;maximum amplitude, wavelength, length and rotation rate of the helical tail on the motionparameters, power requirement and power efficiency of the swimmer. The numeric results forswimming speeds are validated with the use of analytical predictions available in theliterature. As another validation, the bacterium Vibrio Alginolyticus is modeled and thenumeric results of it compared with the observational data available in the literature.