Chemotactic and hydrodynamic effects on collective dynamics of self-diffusiophoretic Janus motors
由化学反应驱动的自推进Janus马达的非平衡稳态悬浮液中的集体运动可以由于来自直接分子间力、流体动力学流动效应或化学梯度介导的趋化效应的相互作用而产生。这些相互作用的相对重要性取决于电机的反应特性、系统保持稳定状态的方式以及悬浮液的性质，例如体积分数。从模拟的微观硬碰撞模型的流体粒子与Janus电机的相互作用，我们表明，动态集群状态的存在，并确定的相互作用机制，负责其形成。趋化和流体动力学效应的相对重要性是通过考虑一个微观模型，其中趋化效应被关闭，而保留完整的流体动力学相互作用。该系统通过本体反应维持在稳定状态，在该本体反应中，产物颗粒再转化成燃料颗粒。研究了本体反应速率对集体动力学的影响。
2017-07-29 cond-mat.soft
Collective Motion of Quincke Rollers with Fully Resolved Hydrodynamics
昆克辊是一种独特的活性颗粒，由于垂直于平板施加的均匀直流电场产生的扭矩，该颗粒可以在平板上自由地运行和翻滚。一个包含许多这样的粒子的系统表现出各种各样的集体动力学，如无序气体、极性液体和活性晶体状态。我们进行了直接的数值模拟的三维系统包含许多自旋转的粒子，明确解决旋转粒子之间的流体动力学相互作用。集体运动取决于介电粒子上诱导的偶极矩的大小、粒子的面积分数和粒子间吸引力的强度。我们发现，高度有序的极性液体状态是不稳定的旋转粒子之间的流体动力学相互作用在高密度：近场润滑相互作用成为主导的远场效应作为粒子间的分离变得更短。
2022-05-08 cond-mat.soft
Purely hydrodynamic origin for swarming of swimming particles
利用完全解析的流体力学进行三维模拟，研究模型游泳者在禁闭中的集体运动。我们发现，某些游泳机制可以导致行波般的集体运动，即使没有任何直接对齐机制。它还表明，通过改变游泳机制，这种集体运动可以被抑制，相反的看法，流体动力学效应完全屏蔽在高体积分数。通过对体相系统的分析，发现这种类似于行波的伪声模式运动主要是由于颗粒的固有游动特性。
2015-09-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic Collective Effects of Active Protein Machines in Solution and Lipid Bilayers
生物细胞中的细胞质和生物膜含有大量周期性改变其形状的蛋白质。它们是分子机器，可以作为分子马达发挥作用，或者在细胞中执行许多其他任务。我们分析了由活性蛋白质诱导的流体动力学流动对溶液或膜中其他被动分子的影响。我们发现，被动粒子的扩散常数大大增强。此外，当存在活性蛋白梯度时，发生被动颗粒的趋化性样漂移。在脂质双层中，这种效应是强烈非局部的，因此膜中的活性内含物有助于扩散增强和漂移。结果表明，在非平衡条件下，含活性蛋白质机器的系统中被动粒子的输运性质不同于热平衡条件下的系统。
2015-03-09 cond-mat.soft
Hydrodynamics determines collective motion and phase behavior of active colloids
我们研究的集体运动的封闭的球形microswimmer，如活性胶体，我们的模型由所谓的蠕动。为了模拟包含热噪声的流体动力学流场，我们采用了多粒子碰撞动力学方法。我们证明，流体动力学近场之间的蠕动，以及蠕动和边界墙至关重要地决定了他们的集体运动。特别是，随着密度的增加，我们观察到一个明确的相分离成一个类似气体和集群相的中性蠕动，而强大的推和拉更逐渐接近六角形集群状态。
2013-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective excitations of degenerate Fermi gases in anisotropic parabolic traps
研究了各向异性简谐势阱中高度简并费米气体的流体力学低频振荡。尽管缺乏明显的空间对称性，但波动方程在椭圆坐标系中是可分的，类似于早先建立的玻色凝聚的相应结果。这个结果被用来给出各向异性波动方程的流体动力学模式的解析解。
2000-07-04 cond-mat.soft
Hydrodynamics-driven phase-locking and collective motility of sessile active dumbbells
本研究以呈现极限环形状振荡的活性哑铃为模型，通过模拟发现非运动活性个体间的流体动力学相互作用可引发固着-集体运动转变、相分离及振荡同步，揭示了流体耦合在无内在运动系统集体行为中的关键作用，为活性物质相关研究奠定基础。
2025-01-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Comment on "Collective excitations of a degenerate gas at the BEC-BCS crossover"
最近的实验首次研究了超冷$^6$ Li气体的集体激发，特别是BEC-BCS交叉域。我们指出，轴向模式的结果，通过流体力学，直接访问（3D）状态方程的强相互作用的气体，主要是附近的么正性极限。另一方面，径向模式的令人惊讶的结果实际上并不一定与超流流体动力学的预期相矛盾。
2004-07-21 cond-mat.soft
Hydrodynamic interactions of spherical particles in Poiseuille flow between two parallel walls
本文研究了无限平壁通道中入射Poillille流中球形颗粒的流体动力学相互作用。颗粒悬浮在牛顿流体中，并假设蠕动流动条件。使用我们的高精度笛卡尔表示算法[Physica A xxx，{ \bf xx}，2005]获得的数值结果，提出了一个单一的领域，两个领域，和许多领域的阵列。我们考虑自由悬浮颗粒的运动以及作用在吸附在壁面上的颗粒上的力和力矩。我们发现，对流体动力学相互作用在这个壁有界的系统有一个复杂的依赖于横向粒子间的距离，由于在颗粒表面之间的间隙和回流与存在的墙壁的耗散的综合效应。对于不动的粒子对，我们已经研究了几个远场渐近制度之间的交叉对应于不同的关系之间的颗粒分离和距离的颗粒从墙壁。我们还表明，远场流的累积效应，大大影响力的分布在阵列中的不动的球体。因此，远场的贡献必须包括在任何可靠的算法来评估多粒子的流体动力学相互作用的平行壁几何形状。
2005-08-12 cond-mat.soft
Hydrodynamic synchronization and collective dynamics of colloidal particles driven along a circular path
从理论上研究了粒子在光涡旋驱动下沿圆形路径运动的集体动力学，导出了N个粒子的相位方程，同时考虑了粒子之间的流体动力学和排斥相互作用。对于N = 2，粒子相互吸引并同步，形成比单线态移动更快的双线态。对于N = 3和5，我们发现周期性重排的双峰和单。当N = 4和6时，系统呈现周期振荡态或稳定同步态，这取决于初始条件.这些结果再现了以前的实验结果的主要特征。我们定量地讨论了非平凡集体动力学的机制。
2019-09-27 cond-mat.soft nlin.AO
Collective dynamics in a binary mixture of hydrodynamically coupled micro-rotors
我们研究，数值计算，考虑一个单层的球驱动恒定的顺时针或逆时针扭矩的自转非对齐粒子的集体动力学。我们发现，水动力相互作用改变了出现的大规模的动力学模式相比，在干系统中观察到的。在稀悬浮液中，由转子搅拌的流动引起相反自旋转子的聚集，而在较高密度下，相同自旋转子相分离。在临界转子密度以上，动态六方晶体形成。我们的研究结果强调了包括多体，长程流体动力学相互作用在预测活性颗粒的相行为的重要性。
2016-03-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Short-wavelength collective modes in a binary hard-sphere mixture
本文利用硬球广义流体力学方程组讨论了二元混合物的扩展流体力学模。这里提出的理论是解析的，它为我们提供了一个简单的描述的集体激发的一个密集的二元混合物在分子长度尺度。我们预测的行为与软球混合物的分子动力学结果定性一致。这项研究提供了一些洞察组成的无序形成玻璃态配置的作用。
2006-05-03 cond-mat.soft
Collective diffusion coefficient of proteins with hydrodynamic, electrostatic and adhesive interactions
本文提出了一个理论，为λ_C，集体扩散系数的密度的一阶修正系数，蛋白质球相互作用的静电力和粘附力。一个广泛的数值分析的斯托克斯流体动力学的两个移动的球体，以衡量精确的润滑力的影响。本文引入了有效粘性，并提出了以有效粘性为变量的λ C的简单计算公式。一个精确的，但更详细的近似lambda_C也开发。这些和数值精确的表达式λ_C的溶菌酶在pH 4.5和0.05 M和2 M之间的离子强度范围内的实验数据进行了比较。
2007-05-17 cond-mat.other cond-mat.soft
Exploring the role of hydrodynamic interactions in spherically-confined drying colloidal suspensions
Auburn University（奥本大学）；Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.（德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
研究干燥球形液滴中胶体粒子分布，采用动态密度泛函理论和粒子模拟，发现流体动力学相互作用显著增强浓度梯度，但界面边界条件对分布影响不大，DDFT在自由排水情况下表现良好，但在高浓度下失效，需改进两体密度相关函数的近似。
2025-01-23 cond-mat.soft
Many-particle hydrodynamic interactions in parallel-wall geometry: Cartesian-representation method
本文介绍了我们的理论和数值研究的流体动力学相互作用的悬浮液中的球形颗粒之间的两个平行的平面壁，在蠕动流条件下。我们提出了一种新的算法，在这个系统中的多粒子摩擦矩阵的准确评估-没有这样的算法已经提供了。我们的方法涉及到扩大到球形和笛卡尔基本组的斯托克斯流的流体速度场。流体与颗粒的相互作用使用球形基场描述;与壁散射的流用笛卡尔基本解表示。在我们的方法的核心是球面和笛卡尔基集之间的转换关系。这些变换使我们能够描述涉及壁和颗粒的系统中的流场。我们使用我们精确的数值结果来测试流体动力摩擦矩阵的单壁叠加近似。近似产生公平的结果为主的单粒子贡献的数量，但它不能描述集体现象，如一个大的横向阻力系数的线性阵列的领域。
2005-04-27 cond-mat.soft
Hydrodynamic Interactions of Spherical Particles in A Fluid Confined by A Rough And No-Slip Wall
在这篇文章中，我们开发了一个理论框架来研究在非平坦和无滑移边界的存在下的水动力相互作用。本文计算了边界壁的小振幅和正弦变形对球形粒子自运动和两体流体动力学相互作用的影响。我们表明，表面粗糙度提高了自流动性的方式，在一个局部驼峰的表面前的运动，流动性强度降低，而它增加的运动以上的局部深度的粗糙表面。数值分析了表面粗糙度对两体水动力相互作用的影响。
2010-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of hydrodynamics on many-particle diffusion in 2D colloidal suspensions
我们通过一种新的介观模拟技术研究了具有完全流体动力学相互作用的二维胶体悬浮液中的多颗粒扩散。我们专注于行为的有效缩放示踪剂和集体扩散系数$D_T(ρ) / D_0$和$D_C(ρ) / D_0$，其中$D_0$是单粒子扩散系数，作为胶体$ρ$的密度的函数。在低施密特数$Sc={\cal O}(1)$，我们发现，流体力学基本上没有影响的行为$D_T(ρ)/D_0$。在较大的$Sc$，$D_T(ρ)/D_0$是增强在所有密度，虽然与没有流体动力学的情况下相比的差异很小。另一方面，集体扩散系数与流体力学守恒律的耦合更强，与纯耗散情况明显不同。
2003-02-05 cond-mat.soft
Command of Collective Dynamics by Topological Defects in Spherical Crystals
将多个组分的单独运动引导到相干动力学状态是多个领域中的基本挑战。在这里，球形晶体模型的基础上，我们表明，粒子阵列中的拓扑缺陷可以是一个至关重要的因素，在调节集体动力学。具体来说，我们强调缺陷驱动的同步呼吸模式周围的向错和集体振荡与晶体秩序的中断有很强的联系。这项工作打开了基于拓扑缺陷的组织原理的可能性，并可能激发新的策略，利用有趣的集体动力学在广泛的非平衡系统。
2019-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Hydrodynamic interactions of cilia on a spherical body
微生物在纤毛排列的表面上形成协调的跳动模式，称为异时波。对于附着在扁平纤毛虫上的纤毛链，已经表明，仅流体动力学相互作用就可以导致系统同步。然而，几种微生物拥有一个曲线形纤毛虫的身体，所以要了解这种几何形状的异时波的形成的影响，我们评估的纤毛附近的一个大的球体的流体动力学相互作用。使用一个极小模型，我们表明，对于一个链的纤毛周围的球体，自然周期性的几何形状导致系统同步。我们还报告了一个紧急的波状行为时，不对称性引入系统。
2015-12-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Clustering of microswimmers: Interplay of shape and hydrodynamics
本研究通过介观流体动力学模拟长球体微型游泳者（squirmers），发现流体动力学相互作用对球形和拉长粒子的运动诱导相分离（MIPS）分别起抑制和增强作用，揭示了形状与流体动力学在活性粒子聚集中的复杂影响。
2018-07-03 cond-mat.soft
Theory of anomalous collective diffusion in colloidal monolayers on a spherical interface
由于流体动力学相互作用，平面胶体单层呈现出反常的集体扩散。我们研究了这种行为是如何受到单层的曲率，当它驻留在一个球形液滴的界面上。结果发现，动力学的特征时间仍然表现出相同的平面情况下的异常标度。然而，由于液滴半径的相关性，空间分布显示出差异。由于对于液滴，这既是全局幅度，即，关于球面的空间范围，以及局部范围，即，曲率半径，但在一般弯曲界面的情况下，这两个特征中哪一个实际上占主导地位的问题仍然是开放的。
2018-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics defines the stable swimming direction of spherical squirmers in a nematic liquid crystal
本文研究了一个具有破缺旋转对称性的活动粒子--模型蠕动体-在液晶中的流体动力学。通过模拟与解析计算相结合，我们发现蠕动流场和液晶指向矢之间的流体动力学耦合可以导致游泳者的重新取向。优选的取向取决于蠕动流场的确切细节。在一个稳定的状态下，推动者被示出为平行于方向盘的方向游动，而拉动者则垂直于方向盘的方向游动。这种行为完全是由蠕动流场和宿主流体的各向异性粘度之间的流体动力学耦合引起的。我们的研究结果表明，各向异性的游泳介质可以用来引导和引导大规模的球形microswimmer。
2017-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic interactions in a binary-mixture colloidal monolayer
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional（卡洛斯一世理论与计算物理研究所）
研究二元混合物胶体单层中流体动力学相互作用的影响，发现当粒子种类差异极大时，大粒子的浓度动力学遵循傅立叶定律，但集体扩散率由小粒子的扩散率决定。
2026-05-11 cond-mat.soft
Fluid membranes in hydrodynamic flow fields: Formalism and an application to fluctuating quasi-spherical vesicles in shear flow
研究了单流体双层膜在外部流体动力学流场中的动力学行为。确定性的运动方程的配置推导出同时考虑周围液体的粘性耗散和局部不可压缩的膜。对于剪切流中的准球形囊泡，热波动可以纳入一个Langevin型运动方程的变形幅度。该方程的解显示了稳态坦克履带形状的过阻尼振荡方法。倾斜角和弹性的轮廓被确定为过剩面积和剪切速率的函数。数值结果和实验的比较进行了讨论。
1998-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic interactions in dense active suspensions: from polar order to dynamical clusters
我们研究流体动力学相互作用的作用，在集体行为的集合中的微观活性颗粒悬浮在流体中。我们引入了一个新的计算框架，使我们能够分离不同的贡献，他们的集体动力学从不同的长度尺度上的流体动力学相互作用。因此，我们能够系统地表明，润滑力时，颗粒是非常接近对方发挥重要的作用，作为远程流体动力学相互作用，在确定其多体行为。我们发现，运动诱导的相分离抑制近场相互作用，导致开放的凝胶状集群，而不是密集的集群。有趣的是，我们发现一个全球性的极性有序相出现中性游泳者没有力偶极子，增强了近场润滑力，其中碰撞过程，而不是长程相互作用占主导地位的对齐机制。
2017-06-09 cond-mat.soft
Significance of thermal fluctuations and hydrodynamic interactions in receptor-ligand mediated adhesive dynamics of a spherical particle in wall bound shear flow
在剪切流中，球形微粒粘附到配体涂覆的壁的动力学研究使用朗之万方程，该方程考虑了热波动、流体动力学相互作用和粘附相互作用。与传统的假设，热波动在高P $\acute{e}$克莱数起着微不足道的作用相反，我们发现，对于受体的表面密度低的颗粒，旋转扩散引起的流动和梯度方向的波动有助于键的形成，导致显着更大的平均粘附力相比，模拟热波动完全忽略。还探讨了当颗粒靠近壁面时，壁面流体动力相互作用对颗粒稳态运动的作用。在高P $\acute{e}$ clet数时，由于斯托克斯偶极子的应力波部分而产生的剪切诱导力起主导作用，显著降低颗粒速度，并影响颗粒的运动状态。的平移和旋转自由度的粒子，所带来的流体动力学相互作用的存在下，之间的耦合被发现有没有影响的结合动力学。另一方面，取决于颗粒离壁的距离的阻力系数在低成键速率下起着至关重要的作用。当P $\acute{e}$ let数较小时，观察到剪切力和与位置相关的拖曳力对颗粒运动状态的影响有显著差异。
2015-01-29 cond-mat.soft
Bistability, oscillations and bidirectional motion of ensemble of hydrodynamically-coupled molecular motors
我们分析了流体动力学耦合分子马达的集体行为。我们表明，由电机位移引起的局部通量可以引起实验观察到的货物和囊泡的双向运动。通过一个平均场的方法，我们表明，持续的振荡，以及cross-collective电机运动出现，即使是非常大的收集电机，当热噪声是无关紧要的。该分析澄清了负责这种动态的物理机制，通过确定相关的耦合参数和它的依赖关系的几何形状的流体动力耦合，以及系统的大小。我们量化的相图的不同阶段的特点的集体运动的流体动力学耦合电机和持续振荡可以达到生物相关的参数，从而证明在细胞内运输的流体动力学相互作用的相关性。
2017-10-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Role of hydrodynamic flows in chemically driven droplet division
我们研究了化学活性液滴的流体动力学和形状变化。在非球形液滴中，表面张力产生将液滴驱动成球形的流体动力学流动。在这里，我们表明，保持远离热力学平衡的化学反应的球形液滴可能不会保持球形，但可以经历形状不稳定，这可能导致自发的液滴分裂。在这种情况下，化学活性对抗表面张力和张力诱导的流体动力学流动。通过结合相分离动力学和化学反应动力学的低雷诺数流体动力学，我们确定的球形液滴的无量纲粘度和反应参数的函数的稳定性图。我们确定了形状变化和分裂过程中液滴内外的浓度场和流场。我们的工作表明，流体动力学流动趋于稳定的球形形状，但液滴分裂发生足够强的化学驱动，足够大的液滴粘度或足够小的表面张力。活性液滴可以为能够增殖的前生物原始细胞提供简单的模型。我们的工作捕获了在化学活性胶体液滴中可以观察到的液滴分裂的关键流体动力学。
2018-11-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Hydrodynamic instabilities and collective dynamics in activity-balanced pusher-puller mixtures
生活在微流体环境中的微生物通常形成多物种群，在那里它们可以利用集体运动来实现增强的运输和传播。然而，在这些系统中观察到的多尺度不稳定动力学的起源，普遍缺乏物理上的理解。在这里，我们建立了一个计算模型来研究二元悬浮液的后方和前方驱动的microswimmer，或分别所谓的“推”和“拉”粒子，具有不同的人口和游泳速度。我们进行直接的粒子模拟，揭示集体系统动力学是可能的，即使在“活动平衡”的混合物，产生近零的平均额外应力的情况下。我们首先构建了一个连续动力学模型来描述初始瞬态期间，当系统是近均匀各向同性，然后进行线性稳定性分析，以揭示系统的有限波长流体动力学不稳定性，与纯推/拉悬浮液的长波长不稳定性。然后，我们进行了细长体离散粒子模拟，以解决短时间的不稳定性和长期的动态，其功能非平凡的密度波动和空间相关的运动，不同于那些单物种。
2022-02-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective migration under hydrodynamic interactions -- a computational approach
基于基质的细胞运动性对于基本生物过程，如组织生长、伤口愈合和免疫应答是必不可少的。即使对这种运动模式的全面理解仍然难以捉摸，但在使用全细胞物理模型进行建模方面已经取得了进展。该模型考虑了细胞运动的主要机制-肌动蛋白聚合，底物介导的粘附和肌动蛋白-肌球蛋白动力学，并将其与空间细胞-细胞和流体动力学相互作用相结合。该模型预测了集体细胞迁移的开始，集体细胞迁移是由于邻近细胞的非弹性碰撞而自发出现的。每个细胞在这里建模为一个积极的极性凝胶，是完成两个漩涡，如果它移动。两个细胞的开放碰撞，两个相互靠近的旋涡湮灭。这导致细胞的旋转，并且与每个细胞中肌动蛋白丝的变形和重新定向一起诱导这些细胞的对齐，并导致持续的平移集体迁移。低雷诺数的影响与非流体动力学模型一样强，但随着雷诺数的增加而减小。
2016-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Effects of Tunable Hydrophobicity on the Collective Hydrodynamics of Janus Particles under Flows
具有非平衡自组织的活性胶体系统是生物学中一个长期存在的、具有挑战性的领域。为了理解流体动力学流动如何用于主动控制Janus粒子（JPs）的自组装，我们使用最近开发的用于悬浮在粘性背景流中的两亲JPs的多体流体动力学的模型（JFM，941，2022）。我们研究如何产生各种形态从调整JP-溶剂界面的疏水分布。我们发现JPs组装成单层、多层和条纹结构。为了介绍动力学，我们包括一个线性剪切流和一个稳定的泰勒-格林混合流，并测量集体动力学的JP颗粒在他们的（a）自由能从JPs之间的疏水相互作用，（b）序参量为订购的JPs在他们的董事的排列，和（c）应变参数，捕获在组装的变形。我们表征了JP结构的有效材料性质，发现单层结构在剪切流动下增加了取向顺序，多层结构表现为剪切变稀流体，条纹结构具有屈服应力。这些数值结果提供了见解的动态控制的非平衡活性生物系统具有类似的自组织。
2022-08-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Synchronization and Collective Dynamics in a Carpet of Microfluidic Rotors
我们研究了一个由流体动力相互作用耦合的基片上的转子阵列的同步。由有效刚体建模的转子由内部扭矩驱动并对周围流体施加主动力。转子之间的流体动力相互作用的长程性质导致了丰富的动力学行为模式，包括相序和湍流螺旋波。该模型提供了一个新的例子耦合振荡器与远程相互作用。我们的研究结果建议的策略，设计可控的微流体混合器使用的流体动力学耦合的活性成分的紧急行为。
2010-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Flow properties and hydrodynamic interactions of rigid spherical microswimmers
我们分析了一个极小模型的刚性球形微型游泳者，并探讨其扩展表面的影响，其自推进和流动特性之间的相互作用。该模型是一阶表示的微型游泳者，如细菌和藻类，具有刚体和柔性推进附件。在有限的距离，这样的microswimmer的流场显着不同的点力（Stokeslet）偶极子。对于悬浮的microswimmer，我们推导出的大流动性矩阵，连接到一个单独的游泳运动的主动和被动的力和力矩作用在所有的游泳者。我们的流动性张量的调查表明，刚体microswimmer之间的流体动力学相互作用有很大的不同，从相应的点力偶极子。我们的研究结果是相关的集体行为的流体动力学相互作用的微型游泳者的斯托克斯动力学模拟在中等浓度的研究。
2017-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Collective Flows Drive Cavitation in Spinner Monolayers
该研究通过大规模流体动力学模拟，揭示了弱惯性区旋转粒子单层中集体流动驱动空化的机制，发现不稳定性源于流固耦合的流体动力升力，且空化可通过流动强度、约束条件及粒子浓度调控。
2023-08-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Structure and dynamics of hydrodynamically interacting finite-size Brownian particles in a spherical cavity: spheres and cylinders
从生物学到工程学，任意形状颗粒的受限悬浮液的结构和动力学在多个学科中都是令人感兴趣的。理论研究往往受到长距离颗粒-颗粒和颗粒-壁面力的复杂性的限制，包括多体波动流体动力学相互作用。在这里，我们报告的球形和圆柱形粒子的扩散局限在一个球形空腔的计算研究。我们依靠一个浸没边界一般几何埃瓦尔德一样的方法来捕获润滑和远程流体动力学，并包括适当的非滑动条件的限制壁。切比雪夫多项式近似用于满足布朗悬浮液的波动耗散定理。我们探讨如何润滑，长程流体动力学，颗粒体积分数和形状影响的平衡结构和颗粒的扩散。发现一旦颗粒体积分数大于$10\%$，颗粒开始形成层状聚集体，这极大地影响颗粒动力学。流体动力学相互作用强烈影响颗粒扩散诱导空间依赖的短时间扩散系数，更强的壁效应的颗粒扩散向墙壁，和一个子扩散制度-拥挤造成的-在长时间的颗粒流动性。在这里考虑的圆柱形颗粒的不对称性的水平是足够的诱导的层状结构中的取向顺序，降低扩散速率，并促进过渡到拥挤的流动性制度在低颗粒浓度。我们的研究结果提供了基本的见解细胞内的球状和纤维状蛋白的扩散和分布。
2020-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Collective vibrations of a hydrodynamic active lattice
最近的实验表明，准一维晶格的自推进液滴表现出集体不稳定性的形式，异相振荡和孤立波。这种流体动力学晶格是由一个垂直振动的流体浴，这调用一个在浴表面上的亚临界法拉第波场的外部强迫，介导的时空液滴coupling.By建模液滴晶格作为一个内存赋予系统与空间非本地耦合，我们在此合理化的形式和发病的不稳定性在这一类新的动态振荡器。我们确定的内存驱动的不稳定性的晶格作为一个功能的液滴的数量，并确定均匀的晶格配置排除几何约束。每个记忆驱动的不稳定性，然后被归类为一个超临界或亚临界Hopf分岔\emph{via}一个系统的弱非线性分析，合理化实验观察。我们进一步发现了一个以前未报道的破缺不稳定性，表现为晶格的旋转运动。数值模拟支持我们的研究结果，并提示进一步调查这个非线性动力系统。
2020-03-04 cond-mat.soft math.DS physics.flu-dyn
Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological membranes
已知形成生物膜的脂质双层在亚微米尺度上表现为粘性2D流体;通常它们含有大量活性蛋白质内含物。最近，它已被显示[Proc.Nat.Acad. Sci. USA 112，E3639（2015）]，这类活性蛋白质应诱导非热波动脂质流动，导致生物膜中被动内含物的扩散增强和趋化性样漂移。在这里，这样的效果进行了详细的分析和数值研究。重点讨论了蛋白质在脂筏中的聚集情况。我们表明，被动粒子往往成为吸引主动筏，并积累在他们里面。
2016-08-24 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Transport in a binary mixture of non-spherical molecules: Is hydrodynamics at fault?
我们考虑了一类新的模型系统，系统地研究了分子形状在稠密液体输运性质中的作用。我们的模型是一个液体二元混合物，其中两个分子都是非球形的，其特征在于由一组参数。虽然在现实世界中，大多数的分子是非球形的，只有有限数量的理论研究存在的分子形状的影响，几乎没有任何解决的有效性的流体动力学预测的旋转和平移扩散的这些形状的液体。在这项工作中，我们研究了一个模型液体组成的混合物的长扁（80：20的混合物）椭球体的相互作用所支配的修改后的Gay-Berne潜在的一个特定的纵横比（比的长度和直径的椭球体），在各种温度和压力条件。我们报告计算的传输特性的二元混合物通过在很宽的范围内变化的温度，在一个固定的压力。我们发现，对于所研究的压力-密度条件，没有任何相分离的特征，除了在低温和相对低的压力下过渡到晶相（我们主要将研究限制在高压下的原因）。我们发现，对于我们的模型二元混合物，无论是坚持和滑动的流体动力学预测打破了一个主要的方式，为长柱和扁圆形，特别是旋转。此外，扁长岩和扁长岩在均方位移和定向时间关联函数上表现出不同的动力学特征。
2018-09-15 cond-mat.soft physics.comp-ph
Lattices of hydrodynamically interacting flapping swimmers
鱼群和鸟群表现出复杂的集体动力学，其自组织原理在很大程度上是未知的。流体动力学对这些集体的影响在理论上相对未被探索，部分原因是难以模拟许多动态体之间的时间上长寿命的流体动力学相互作用。我们通过一个新的离散时间动力系统（迭代映射）来解决这个问题，该系统描述了在一维和二维晶格结构中排列的扑翼游泳者之间的流体动力学相互作用。我们的一维结果与先前发表的实验数据表现出良好的一致性，特别是预测的双稳态的学校教育状态和新的不稳定性，可以在实验设置中进行探测。对于二维晶格，我们确定的形成，游泳者最佳受益于水动力相互作用。因此，我们得到以下层次结构：虽然并排的单排“方阵”的形成提供了一个小的改进，一个孤独的游泳者，一维的直线和二维矩形晶格的形成表现出显着的改善，与二维菱形晶格提供最大的流体动力学的好处。一般来说，我们的自洽建模框架可以广泛适用于主动系统，其中集体动力学主要由流体介导的记忆驱动。
2019-11-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Hydrodynamic mobility of a solid particle nearby a spherical elastic membrane. I. Axisymmetric motion
我们使用图像解决方案的技术来计算的领先阶频率依赖的自迁移率函数的小固体颗粒垂直于表面的球形胶囊，其膜具有剪切和弯曲刚度。将我们的结果与先前获得的无限延伸的平面弹性膜的结果进行比较，我们发现膜曲率导致流动性出现一个突出的附加峰。这一峰值归因于弯曲膜的剪切阻力涉及表面法向位移的贡献，而平面膜的情况并非如此。在频率极限为零时，只有当膜具有非零的剪切阻力时，才能恢复无滑移硬球附近的粒子自迁移率。我们进一步研究胶囊运动，发现对流动性功能是完全由膜剪切性能。我们的分析预测验证完全解决边界积分模拟获得了很好的协议。
2016-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Near and far-field hydrodynamic interaction of two chiral squirmers
水动力相互作用强烈地影响着微泳者的集体行为。在本文中，我们研究了两个自推进手征泳者在低雷诺数区域的行为，同时考虑了近场和远场的相互作用。我们使用的手征蠕动模型，一个非轴对称的表面滑移速度，它概括了著名的蠕动模型的球形体。我们计算了当游泳者彼此非常接近时，他们之间的润滑力。通过改变滑移系数和游泳者的初始构型，我们研究了他们的水动力行为。在存在润滑力的情况下，游泳者要么彼此排斥，要么表现出游泳者之间的距离周期性地改变的有界运动。在某些参数范围内，润滑力有利于有界运动。本研究有助于理解纤毛虫微生物密悬液和人工游泳者的集体行为。
2022-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective Dynamics in a Monolayer of Squirmers Confined to a Boundary by Gravity
采用多粒子碰撞动力学模拟方法，对单层蠕动模型微泳者在强重力作用下被限制在边界上的流体动力学进行了研究。蠕动体通过自生的流体动力学流场相互作用，从而在密度和蠕动体类型变化时形成各种迷人的动力学状态。弱推动器、中性蠕动器和拉动器具有直立方向。通过它们的流场，它们将邻居推开，从而形成低密度的流体动力学维格纳流体。此外，波动链和三聚体，接吻，并在大密度的全球集群存在的状态。最后，所有密度的推进器都可以相对于壁法线倾斜，并且它们的面内速度对齐以显示群集。在高密度下，它变成了混乱的群集。我们定量地描述了所有这些状态。
2019-06-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of Active Lévy Matter
集体运动通常在活性流体的框架内建模，其中组成活性颗粒，当与其他颗粒的相互作用被关闭时，长时间进行正常扩散。然而，在生物学中，单粒子超扩散和胖尾位移统计也很普遍。表现出这种异常扩散动力学的相互作用系统的集体性质，我们称之为活性Lévy物质，不能被当前的活性流体理论所捕获。在这里，我们制定了一个流体动力学理论的活性Lévy物质的粗粒化的微观模型对齐极性活性粒子，执行超扩散类似于Lévy航班。应用线性稳定性分析的流体动力学方程在集体运动的发病，我们发现，在其传统的对应，有序无序过渡可以成为关键。然后，我们估计相应的临界指数的有限尺寸标度分析的数值模拟。我们的工作突出了活性物质中的新颖物理学，它集成了异常扩散运动和粒子间相互作用。
2020-04-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrodynamic fluctuations in quasi-two dimensional diffusion
我们使用粒子模拟和波动流体力学研究流体-流体界面上的胶体扩散。二维界面上的扩散与三维流体力学是已知的异常，与集体扩散系数发散一样的波数的倒数。这种不寻常的集体效应是由于界面平面内流体流动的可压缩性而产生的，并导致在整体平均浓度的扩散方程中出现非线性非局部卷积项。我们扩展了以前的流体动力学理论，考虑到一个物种/颜色标记的颗粒，作为必要的模型实验的基础上荧光技术。我们使用一种新的布朗动力学算法，以及波动流体动力学理论和模拟研究密度和颜色密度波动的幅度和动态。我们发现，一个单一的标记粒子和集体密度波动之间的流体动力学耦合导致的长期自扩散系数的减少，即使是非相互作用的粒子的理想气体。使用线性化波动流体力学理论，我们表明，对于流体-流体界面上的扩散，总密度的非平衡波动是小的相比，平衡波动，但颜色密度的波动是巨大的，并表现出一个频谱，衰减为波数的立方幂的倒数。我们证实了这些预测，通过布朗动力学模拟扩散混合两个不可区分的物种。我们还研究了二维流体力学系统中的非平衡涨落，如真空中的近晶薄膜。我们发现，非平衡波动是巨大的和可比的幅度的平均值，可以准确地模拟使用数值求解器的非线性方程的波动流体动力学。
2018-06-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamics of perceptual matter: from neural representations to collective motion
Max Planck Institute of Animal Behavior（马克斯·普朗克动物行为研究所）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
本文从谐波理论粒子定律推导出非局部动力学与流体动力学理论，揭示知觉通道如何通过扭矩驱动密度不稳定性及模式选择，连接神经感官机制与无对齐集体运动。
2026-10-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
