Multi-Particle Collision Dynamics -- a Particle-Based Mesoscale Simulation Approach to the Hydrodynamics of Complex Fluids
在这篇综述中，我们描述和分析了一种中尺度模拟流体流动的方法，这是由Malevanets和Kapral在1999年提出的，现在被称为多粒子碰撞动力学（MPC）或随机旋转动力学（SRD）。该方法由交替流动和碰撞步骤的点粒子的合奏。多粒子碰撞通过将粒子分组在碰撞单元中来执行，并且质量、动量和能量局部守恒。这种模拟技术捕获了完整的流体动力学相互作用和热波动。审查的第一部分开始与几个广泛使用的MPC算法的描述，然后讨论了原始SRD算法的重要功能和经常使用的变化。两个互补的方法推导的流体动力学方程和评估的传输系数进行审查。然后展示了如何将MPC算法推广到非理想流体和具有会凝点的二元混合物的建模。讨论了角动量守恒对不同粘度的分相液体等系统的重要性。评论的第二部分介绍了一些最近的应用MPC算法来研究胶体和聚合物动力学，囊泡和细胞在流体动力学流动的行为，和粘弹性流体的动力学。
2008-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Spatial correlations of hydrodynamic fluctuations in simple fluids under shear flow: A mesoscale simulation study
本研究通过介观模拟证明剪切流下简单流体的流体动力学涨落具有空间相关性，并详细揭示了横向与纵向速度相关性在不同波矢和方向上的衰减规律及长程相关性。
2017-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory and simulation of electrokinetic fluctuations in electrolyte solutions at the mesoscale
电解质溶液在储能器件中起着重要的作用，其性能高度依赖于亚微米尺度的电动过程。虽然波动和随机特性在小尺度下变得更加关键，但长程库仑相互作用对具有波动流体动力学和静电相互作用的流体系统的理论分析和模拟提出了特殊的挑战。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的Landau-Lifshitz理论推导出封闭形式的表达式的波动相关的电解质溶液中，表明显着不同的去相关过程的离子浓度波动从流体动力学波动，这为理解耦合的波动流体动力学和电动力学的传输现象提供了见解。此外，我们还分别用含显式离子的分子动力学和含半隐式离子的介观荷电耗散粒子动力学（cDPD）模拟了涨落电动力学系统，发现局域电荷密度的空间概率密度函数在亚纳米尺度下服从Gamma分布（即，0.3 nm）并收敛到纳米尺度以上的高斯分布（即，1.55 nm），表明存在一个下限的长度尺度的中尺度模式使用高斯起伏。通过全原子MD和介观cDPD模拟计算了流体动力学和电动力学涨落的时间关联函数，与基于线性化涨落流体动力学理论的理论预测结果吻合较好.
2021-07-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Bacterial swarmer cells in confinement: A mesoscale hydrodynamic simulation study
当被接种到营养丰富的表面上时，广泛的周毛细菌经历相当大的生理变化，并表现出快速和集体的迁移，表示为群集。因此，这种群体细胞的长度和它们的鞭毛数量显著增加。本文研究了单个E.通过介观流体动力学模拟，将蜂群细胞的分子动力学模拟与包埋流体的多粒子碰撞动力学方法相结合，将大肠杆菌型蜂群细胞限制在两个平行壁之间。E.大肠杆菌型群细胞比它们的共生体长三倍，但它们的鞭毛密度相当。通过改变壁的分离，我们分析了对鞭毛排列的限制效果，对细胞在壁之间的间隙中的分布，以及对细胞动力学的影响。我们发现只有一个弱的依赖约束的束结构和动力学。细胞在间隙中的分布从非常窄的几何结构主导的行为变为较宽间隙的流体主导的行为，其中细胞优先位于较窄间隙的间隙中心，并且优先靠近较宽间隙的壁之一。动态地，细胞表现出广泛的迁移行为，这取决于它们的鞭毛束排列，从直线游泳到滚壁。
2016-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscale modeling of colloidal suspensions with adsorbing solutes
本文构建含可逆吸附溶质的胶体悬浮液介观模型，耦合颗粒、流体与溶质动力学，并以方势阱描述吸附，支持直接数值模拟。
2015-01-14 cond-mat.soft
Mesoscale model of a three-dimensional odd fluid
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
本文提出三维奇流体的mesoscale模型，推导粘度张量和纳维-斯托克斯方程，并通过模拟验证其非寻常输运行为。
2026-08-12 cond-mat.soft
Mesoscale simulations of diffusion and sedimentation in shape-anisotropic nanoparticle suspensions
Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；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）
研究通过介观模拟确定了各向异性纳米颗粒悬浮液的长时自扩散系数和沉降系数，基于理论预测和实验数据验证了正十二面体、立方体、四面体和圆柱体颗粒的扩散系数估算方法。
2024-03-05 cond-mat.soft
Mesoscale modelling of polyelectrolyte electrophoresis
用介观模拟方法研究了从单体到长片段的柔性单链的电泳行为。从原子的细节抽象的晶体和流体，一个粗粒度的分子动力学模型连接到介观流体描述的格子玻尔兹曼方法被用来研究自由溶液电泳。我们的研究表明，聚电解质的电泳运动的流体动力学相互作用的重要性，并量化周围离子的影响。电泳迁移率的长度依赖性可以通过评估有效电荷和有效摩擦的标度行为来理解。我们的结果与实验测量的完美一致表明，所有的化学细节和流体结构都可以安全地忽略，并且适当的粗粒度方法可以产生对问题物理的准确描述，只要系统中所有实体之间的静电和流体动力相互作用，即，适当地考虑了反离子、解离的抗衡离子、另外的盐和溶剂。我们的模型是能够桥接的单分子政权的几个纳米到大分子的轮廓长度超过100纳米，长度尺度，目前无法访问原子模拟。
2009-02-11 cond-mat.soft
Hydrodynamics of thermally-driven chiral propulsion and separation
该研究建立热驱动流体动力学模型，阐释带热梯度的牛顿液体横流引发介观手性结构按手性推进分离、且悬浮液反作用于流动产生横向速度的机制，提供了低成本测试手性颗粒策略的方法。
2023-06-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modeling hydrodynamic interactions in soft materials with multiparticle collision dynamics
多粒子碰撞动力学（MPCD）是一种灵活、鲁棒的细观计算技术，用于模拟软材料中溶剂介导的流体动力学相互作用。在这里，我们提供了一个关键的概述MPCD方法，并总结其电流强度和局限性。该方法的能力突出审查其最近的应用程序来模拟不同的现象，从复杂的流体和热渗透运输的流动，细菌游泳和活性粒子自组装。我们还讨论了突出的挑战和新兴的方法的发展，预计将大大扩大MPCD的适用性，以其他系统的技术重要性。
2019-02-27 cond-mat.soft
Hydrodynamic Self-Consistent Field Theory for Inhomogeneous Polymer Melts
介绍了一种模拟嵌段共聚物熔体和共混物在流体力学流动中的结构和流变学的介观技术。该技术耦合动态自洽场论（DSCFT）与连续流体力学和流动惩罚来模拟聚合物流体在任意几何形状的通道中的流动。我们通过研究中性壁润湿条件下亚微米通道中ABC三嵌段共聚物熔体的相分离来证明该方法。我们发现表面润湿效应和剪切效应相互竞争，在没有流动的情况下产生垂直于壁的薄片，在剪切速率超过某个临界韦森伯格数的情况下产生平行于壁的薄片。
2006-08-31 cond-mat.soft
Flow-polarity decoupling and universal mobility enhancement in dense bacterial active fluids
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Hainan University（海南大学）
通过同时成像细胞体、鞭毛和流场，发现密集3D细菌活性流体中细胞极性随机分布但溶剂流呈现介观有序，流-极性解耦源于各向异性微游泳者力-偶极假设的失效，近场相互作用产生新活性力，增强自平流迁移率。
2026-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscale simulation of semiflexible chains. I. Endpoint distribution and chain dynamics
用数值模拟的方法研究了半柔性光纤的端点分布和动力学特性。简要介绍了柔性和半柔性聚合物的分析理论。特别是，一个封闭的表达式给出了蠕虫状链的弛豫谱，它决定了聚合物的扩散和流变。其次，建立了具有完全流体动力学相互作用的蠕虫状链的仿真模型，并给出了弯曲和扭转模量的关系式。引入两种方法将扭转刚度纳入模型。通过模拟热浴中的单链，并将链的端点分布与建立的Monte Carlo结果进行比较，验证了该模型的有效性。得出的结论是，扭转刚度导致一个稍短的有效持久长度为一个给定的弯曲刚度。为了进一步验证模拟模型，研究了固定持续长度和改变聚合物长度N的聚合物扩散。扩散常数显示交叉从劳斯爬行行为。由单体置换得到的末端弛豫时间与蠕虫链理论一致。还研究了链交叉的概率。这种可能性很低，不会影响目前的结果。
2013-06-06 cond-mat.soft
Impact of protein corona morphology on nanoparticle diffusion in biological fluids: insights from a mesoscale approach
本研究提出介观尺度计算模型，探究蛋白质电晕形态对纳米颗粒在拥挤生物流体中扩散的影响，发现电晕形态显著影响扩散，并给出单球模型精确参数化策略。
2025-10-09 cond-mat.soft
Mesoscale Structures at Complex Fluid-Fluid Interfaces: a Novel Lattice Boltzmann / Molecular Dynamics Coupling
具有吸附颗粒的介观结构的复杂流体-流体界面是新设计材料的关键组成部分，其不断丰富软物质领域。模拟工具，能够应付这些系统的不同尺度的特点是有效的理论研究的基本要求。在本文中，我们提出了一种新的模拟方法，Ahlrichs和Dünweg的方法的基础上[Ahlrichs和Dünweg，Int. J. Mod. Phys. C，1998，9，1429]，耦合的“山陈”多组分格子玻尔兹曼技术的非格子分子动力学，以有效地模拟复杂的流体-流体界面。我们演示了如何使用这种方法来研究广泛的一类具有挑战性的问题。给出了几个例子，与重音双连续相的形成在磁流体溶液和铁磁流体乳液。我们还表明，溶剂化自由能在粒子-流体相互作用中的引入揭示了隐藏的，多尺度性质的粒子-流体耦合，允许对称地（和可互换地）处理系统的晶格和晶格外的组件。
2014-02-19 cond-mat.soft
Active turbulence in microswimmer suspensions -- the role of active hydrodynamic stress and volume exclusion
本研究利用多粒子碰撞动力学方法模拟细菌型微游动悬浮液，揭示了活性流体动力学应力、体积排阻和rotlet偶极子强度对集体行为的影响，发现高浓度和强偶极子下涌现Kolmogorov-Kraichnan型湍流，强调了流场对群集运动和细菌湍流的关键作用。
2021-08-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrodynamic length-scale selection and effective viscosity in microswimmer suspensions
主动悬浮液中的中尺度湍流的一个普遍特征是出现典型的涡长尺度，这与湍流高雷诺数流动的尺度不变性明显不同。在细菌液体、内皮组织和活性胶体中已经观察到集体长度尺度选择，但这种现象的物理起源仍然难以捉摸。在这里，我们系统地推导出一个有效的四阶场论从一个通用的微观模型，使我们能够预测在microswimmer悬浮液中的典型涡流大小。建立在自洽封闭条件下，推导表明，涡的长度尺度是由当地的对齐力和中程水动力相互作用之间的竞争。涡流结构的理论模拟中发现同意最近的测量枯草芽孢杆菌悬浮液。此外，我们的方法正确地预测了一个有效的粘度增强（降低），如实验报告的拉（推）微生物。
2015-09-30 cond-mat.soft
Numerical Method for Hydrodynamic Transport of Inhomogeneous Polymer Melts
介绍了一种模拟非均匀聚合物熔体在压力驱动和阻力诱导流动中流体力学输运和自组装的细观方法。该方法将动态自洽场论（DSCFT）扩展到流体动力学领域，在流体动力学领域中，散状材料输运和粘弹性效应起着重要作用。该方法结合了四个不同的组件作为一个单一的耦合系统，包括（1）非平衡自洽场论描述嵌段共聚物自组装，（2）多流体Navier-Stokes型流体动力学跟踪材料传输，（3）本构方程建模粘弹性相分离，和（4）刚性壁场代表移动通道边界，机器组件，和纳米颗粒填料。我们还提出了一个有效的，伪谱实现这组耦合方程，使实际应用中的模型在周期域。我们通过再现包括平衡二嵌段介观相，分析斯托克斯流，玻璃/弹性聚合物熔体的粘弹性相分离等众所周知的现象来验证该模型。我们还证明了数值实现的稳定性和准确性，通过检查其收敛下的网格尺寸细化。
2006-08-31 cond-mat.soft
Hydrodynamics in Semidilute Polyelectrolyte Solutions and Complex Coacervates
本文利用显式包含流体动力学的介观分子动力学模拟，发现半稀聚电解质溶液及高浓度复合凝聚层中的链段亚扩散仍存在长程流体动力学作用。
2024-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
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
Recent Modeling Advances in Dense Suspension Rheology
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究稠密悬浮流变学的多尺度建模方法，结合干颗粒材料力学与流体动力学，揭示微观约束对宏观流变的影响。
2026-06-05 cond-mat.soft
There and back again: bridging meso- and nanoscales to understand lipid vesicle patterning
本文提出一种结合分子动力学与蒙特卡罗模拟的多尺度方法，通过物理重整化与反向映射实现脂质囊泡从分子到介观尺度的跨尺度平衡，为大型生物膜模拟的时间尺度难题提供新策略。
2024-01-11 cond-mat.soft
Self-adaptation of Pseudomonas fluorescens biofilms to hydrodynamic stress
在某些条件下，细菌自组织成生物膜，由自产的嵌入基质制成的超细胞结构，主要由多糖，DNA，蛋白质和脂质组成。已知细菌在存在外部刺激如流体动力应力的情况下改变其菌落/基质比。然而，关于驱动这种自我适应的分子机制仍然知之甚少。在这项工作中，我们监测荧光假单胞菌生物膜的结构特征，并没有水动力应力。我们的测量结果表明，流体动力学应力伴随着增加细胞密度群体和基质生产。在短的生长时间尺度下，由于聚合物成分产生的耗尽力，基质介导弱的细胞-细胞吸引力相互作用。使用种群动力学模型，我们得出结论，水动力应力导致更快的营养物质扩散和更高的掺入到已经形成的小菌落的嗜热菌。如计算机模拟所示，由于交联数量的增加，这导致形成更机械稳定的生物膜。机械稳定性还取决于基质的化学组成的变化，其变得富含碳水化合物，已知显示粘附性能。总体而言，我们表明，细菌能够自适应敌对的流体动力学应力通过定制的生物膜的化学组成，从而影响介观结构的基质和其粘弹性，最终调节细菌-聚合物的相互作用。
2021-01-07 cond-mat.soft
Transport coefficients of dissipative particle dynamics with finite time step
研究了耗散粒子动力学（DPD）方法中的粘性和自扩散常数。对于理想气体状态方程和具有软排斥势的体系，分别从解析和唯象两方面推导了具有有限时间步长的DPD的粘度，包括Lowe-Anderson恒温器.计算结果与数值结果吻合较好。在分子动力学模拟的局部相对速度的缩放被证明是有用的，以获得更快的扩散比DPD恒温器。
2007-05-23 cond-mat.soft
Nanodroplet Condensation on Solid Surfaces
本文基于涨落流体力学与扩散界面热力学理论建立随机介观模型，直接模拟了疏水与亲水表面上的气液相变过程，揭示了润湿性在膜状和滴状凝结机制中的作用及经典成核理论的局限。
2025-06-27 cond-mat.soft physics.comp-ph
Mesoscale pattern formation of self-propelled rods with velocity reversal
我们研究了自推进粒子与速度反转相互作用的单轴（单轴）排列内的粗粒度流体动力学理论。结合分析和数值延拓技术，我们表明，这个活跃的系统的物理本质上是由反转频率控制。特别是，我们发现，细长的，高密度的，有序的模式，所谓的带，出现通过亚临界分叉从空间均匀的状态。我们的分析进一步揭示了带的相互作用是弱吸引力的，因此，带融合碰撞在类比非平衡成核过程。此外，我们证明了一个重整化的积极的线张力可以分配给稳定的带低于临界反转率，超过这个临界反转率，他们是横向不稳定的。此外，我们还讨论了带的动力学粗化以及在横向不稳定性阈值附近的非线性动力学。总之，减少多粒子系统的动态带提供了一个框架，以了解的影响，出现在自推进粒子系统的非平衡模式的反转频率。在这方面，我们的研究结果构成了有利于微生物学假设的原理证明，即滑杆形细菌的逆转调节在生命周期阶段观察到的各种自组织模式的发生。
2016-09-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
From local to hydrodynamic friction in Brownian motion: A multiparticle collision dynamics simulation study
通过中尺度流体动力学模拟，由速度和力的自相关函数确定了刚性球形胶体颗粒在流体中的摩擦和扩散系数。胶体与滑移和无滑移的边界条件被认为是嵌入在流体中的多粒子碰撞动力学（MPC）建模与角动量守恒。对于无滑移边界条件，流体动力学产生众所周知的斯托克斯定律，而对于滑移边界条件，角动量守恒的缺乏导致流体动力学摩擦系数与经典结果相比减小。胶体扩散系数由速度自相关函数的积分确定，其中较短时间的数值结果与较长时间的理论流体动力学表达式相结合。这种方法的适用性证实了模拟沉积胶体。在一般情况下，我们发现只有轻微的偏离斯托克斯-爱因斯坦关系，甚至消失较大的胶体。重要的是，对于具有滑移边界条件的胶体，我们的模拟结果与经常假设的局部和流体动力学扩散系数的可加性相矛盾。
2016-03-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-organization in suspensions of end-functionalized semiflexible polymers under shear flow
采用介观流体力学模拟方法研究了端官能化半柔性聚合物悬浮液在流动条件下的非平衡动力学行为和结构形成。混合模拟方法结合了流体的多粒子碰撞动力学方法，该方法考虑了流体动力学相互作用，半柔性聚合物的分子动力学模拟。在平衡状态下，观察到各种支架状网络结构，这取决于聚合物的柔性和末端吸引强度。我们研究了聚合物网络在剪切作用下的流动行为，分析了它们的非平衡结构和流变性质。在低剪切速率下，支架结构破裂并形成致密聚集体，而在高剪切速率下，结构完整性完全丧失。我们提供了一个详细的分析剪切速率相关的流致结构。这些研究为复杂材料中网络结构的形成和变形提供了更深入的理解。
2015-11-03 cond-mat.soft
A hybrid method coupling fluctuating hydrodynamics and molecular dynamics for the simulation of macromolecules
提出了一种模拟溶液中大分子动力学的混合计算方法，该方法将描述大分子的分子动力学和描述波动流体力学（FH）方程的中尺度求解器耦合起来。这两个模型通过耗散斯托克斯项相互作用，该耗散斯托克斯项首先由Ahlrichs和Dünweg引入[J. Chem. Phys. { \bf 111}，8225（1999）]。我们表明，我们的方法正确地捕获的静态和动态性能的聚合物链的Zimm模型预测。特别是，我们表明，静态构象是最好的描述时，比例$\fracσ{b}=0.6$，其中$σ$是Lennard-Jones长度参数和$b$是单体键长。我们还发现，劳斯模式的自相关函数的衰减更好地描述了Ahlrichs和Dünweg建议的分析校正。我们的FH求解器允许我们将流体状态方程和输运参数作为直接模拟参数。预期的独立性的链动力学上的各种选择的流体状态方程和体积粘度恢复，而良好的协议被发现的温度和剪切粘度的依赖中心的质量扩散之间的模拟结果和预测的Zimm模型。当Schmidt数为$Sc \lessapprox 30$时，Zimm模型开始失效.最后，我们调查流体波动的重要性，并表明，使用流体力学张量的预平均近似导致约3%的误差时，流体离散尺寸大于$50Å$的聚合物链的扩散系数。
2007-03-04 cond-mat.soft
Dynamical regimes and hydrodynamic lift of viscous vesicles under shear
采用细观尺度模拟技术研究了剪切流中二维粘性囊泡的动力学行为，分别在囊泡内外具有不同的流体粘度$η_{\rm in}$和$η_{\rm out}$。在大剪切速率下，除了常见的踩踏和翻滚运动外，还观察到了振荡摆动运动。这种摆动运动的存在需要在两个维度上激发高阶波动模式（超越椭圆变形）。将Keller-Skalak理论推广到可变形二维囊泡，从而可以预测约化剪切速率和粘度差$η_{\rm in}/η_{\rm out}$的动态相图。模拟结果被发现是在良好的协议与理论预测，当热涨落纳入理论。此外，流体动力学升力，作用于囊泡剪切下靠近壁，确定从模拟各种粘度对比。为了比较，升力的数值计算中没有热波动，使用边界积分法相等的内部和外部的粘度。这两种方法表明，升力的依赖性的距离$y_{\rm {cm}}$的囊泡质心从壁是很好地描述了一个有效的幂律$y_{\rm {cm}}^{-2}$的中间距离$0.8 R_{\rm p} \lesssim y_{\rm {cm}} \lesssim 3 R_{\rm p}$与囊泡半径$R_{\rm p}$。边界积分计算表明，随着$1/[y_{\rm {cm}}\ln(y_{\rm {cm}})]$远离壁面，升力渐近衰减。
2009-06-23 cond-mat.soft
Multi-Particle Collision Framework for Active Polar Fluids
本文将 MPCD 框架扩展为三种 AP-MPCD 模型，实现极性主动流体的介观模拟，并再现群聚转变、条带及外场与障碍物效应。
2025-01-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A foundational framework for the mesoscale modeling of dynamic elastomers and gels
本研究提出一种仅显式建模聚合物主链动态键合位点与交联点的降阶介观方法，在短链网络低加载速率场景下可复现分子动力学结果，计算成本降低90%，为动态聚合物介观建模奠定基础。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Semidilute Polymer Solutions at Equilibrium and under Shear Flow
采用介观尺度模拟方法，结合分子动力学模拟和多粒子碰撞动力学方法，研究了高分子半稀溶液在平衡态和剪切流动下的性质.在半稀溶液中，分子间流体动力学和排斥体积相互作用变得越来越重要，由于聚合物重叠的存在。在平衡时，的回转半径，结构因子，和零剪切粘度对聚合物浓度的依赖性被确定，并发现是在良好的协议与缩放预测。在剪切流中，聚合物排列和变形作为浓度的函数计算。剪切稀化与流动取向和有限的聚合物延伸性有关，其特征在于剪切粘度和法向应力系数。
2011-03-18 cond-mat.soft
Confinement-Induced Pumping of Chiral Active Fluids
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Shenzhen University（深圳大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
本文通过介观模拟发现，具有内在不对称性的通道能自发产生净通量，无需外部力，从而将手性活性流体的微观旋转转化为宏观定向输运，为自驱动微流控泵送提供新策略。
2026-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Backtracking of colloids: a multiparticle collision dynamics simulation study
声音在中尺度系统动力学中的作用通常被忽略，因为相关的时间尺度通常比所有其他感兴趣的时间尺度小得多。然而，对于足够小的物体，以足够小的声速嵌入溶剂中，声音可以发挥至关重要的作用。特别是，类似粘弹性的行为已经在理论上预测为非粘弹性流体。这种效应是由于溶质粒子的运动和流体动力学涡旋的形成对声波的传播产生了干扰。我们证明了这种效果，称为回溯，在计算机模拟采用多粒子碰撞动力学的方法。系统地研究了声对溶质粒子动力学的影响，发现在长时间极限下，声对溶质粒子动力学的影响消失。因此，我们确认，在单粒子水平的声波效应可以忽略不计，在足够长的时间。
2011-08-26 cond-mat.soft
MesoMem: A mesoscale membrane model based on an additive potential
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）
MesoMem模型通过加性势描述脂双层，实现介观尺度膜的自组装与动态相变，具有可调的机械性能和对渗透压与自发曲率的模拟能力。
2026-09-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entangled nematic disclinations using multi-particle collision dynamics
本研究采用介观尺度多粒子碰撞动力学方法，模拟嵌入涨落向列流体介质中的可移动胶体表面，解析向错环拓扑性质与非平衡态，为胶体及拓扑缺陷动力学研究提供新途径。
2024-04-14 cond-mat.soft
Enhanced rotational motion of spherical squirmer in polymer solutions
利用介观流体力学模拟方法研究了自回避聚合物溶液中自推进、吸引的球形胶体的旋转扩散运动。一个急剧增强的旋转扩散的存在下，活动的数量级以上。这种放大是两种效应的结果：主动运动导致吸附聚合物的量减少，以及与蠕动表面上的聚合物的不对称接触，这会产生旋转运动的额外扭矩和随机噪音。我们的模拟提出了一种方法来控制的旋转动力学的蠕动型microswimmer的聚合物吸附和系统的异质性的程度。
2020-03-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Primary hemostasis and dynamics of clot formation after microvascular injury
Theoretical Physics of Living Matter, Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心先进模拟所活体物质理论物理）
采用基于粒子的介观流体动力学模拟，研究高剪切流条件下血小板-vWF聚集、血栓生长动力学及栓塞机制，揭示流体动力应力在调节初级止血中的核心作用。
2026-05-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
On the importance of hydrodynamic interactions in polyelectrolyte electrophoresis
采用粗粒度分子动力学模拟研究了流体动力学相互作用对聚电解质自由溶液电泳的影响。通过比较结果与关闭的流体动力学相互作用的模拟，我们证明了它们的重要性，在模拟实验观察到的行为。为了定量的流体动力学之间的相互作用的溶液中，我们提出了一种新的方法来估计其有效电荷。我们得到一个有效的摩擦，这是从扩散测量获得的流体动力学摩擦不同。这种有效摩擦力被用来解释长链的恒定电泳迁移率。为了进一步强调流体动力学相互作用的重要性，我们将该模型应用于末端标记的自由溶液电泳。
2008-08-19 cond-mat.soft
Hydrodynamic Effects in Kinetics of Phase Separation in Binary Fluids: Critical versus off-critical compositions
通过流体力学守恒的分子动力学模拟，我们研究了相分离对称二元混合物模型中的生长现象。我们淬火高温均匀配置状态点内的可扩展性差距，为各种混合物组合物。对于对称或临界值周围的组合物，我们捕获的快速线性粘性流体动力学增长，由于平流输送的材料通过管状互连域。然而，工作的重点是接近共存曲线的任何分支的组合物。在这种情况下，在少数物质的液滴成核之后，系统中的生长经由聚结机制发生。使用国家的最先进的技术，我们已经确定，这些液滴之间的碰撞，表现出扩散运动。的幂律增长的指数的值，与这种扩散聚结机制，作为组合物不断偏离临界值，已估计。这与一个理论上的数字非常吻合。这些结果进行了比较，通过颗粒扩散机制发生的增长，在非流体动力学环境。
2021-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Alignment-Induced Self-Organization of Autonomously Steering Microswimmers: Turbulence, Vortices, and Jets
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Peter Grünberg Institute（彼得·格林贝格研究所）；Jülich Centre for Neutron Science（于利希中子科学中心）；Institute for Advanced Simulation（高级模拟研究所）
通过介观流体动力学模拟，研究自转向极性微游泳者（推者和拉者）在流体动力学对齐下的集体运动，发现推者呈现主动湍流，拉者出现团簇、涡环和射流等丰富现象。
2024-06-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Microalgae scatter off solid surfaces by hydrodynamic and contact forces
微生物和固体边界之间的相互作用在生物过程中起着重要作用，如卵子受精，生物膜形成和土壤定殖，其中微泳者在结构化环境中移动。尽管最近的努力，以了解他们的起源，目前还不清楚这些相互作用是否可以理解为根本的流体动力学起源或铰链上的游泳者的直接接触的障碍。采用实验和模拟相结合的方法，我们详细研究了广泛用作模型牵引微生物的双鞭绿藻\textit{Chlamydomonas reinhardtii}与凸形障碍物的相互作用，凸形障碍物是一种非常适合强调空间和流体动力学效应的不同作用的几何形状。我们的研究结果表明，这两种力量是至关重要的正确描述这类鞭毛微生物与边界的相互作用。
2015-11-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Extended friction elucidates the breakdown of fast water transport in graphene oxide membranes
水在氧化石墨烯（GO）膜中传输的理解是石墨烯研究中的一个主要理论问题。尽管近年来对该主题进行了大量的努力，但GO膜中水传输的综合情况尚未出现。通过对H2O GO膜中的水传输进行中尺度模拟，我们表明，即使是少量的氧官能团也会导致GO渗透性的急剧下降，这与实验结果一致。体粘滞耗散和空间延伸的分子摩擦的共存导致滑移和体流两者的大幅减少，从而抑制在原始石墨烯纳米通道中观察到的快速水传输状态。流动结构的检查揭示了一个倒置的曲率在近壁区，它连接顺利与一个抛物线型在散装区域。这种反向曲率是单粒子朗之万摩擦和集体流体动力学共存的独特标志。目前的介观模型与空间扩展的摩擦可能提供一个计算效率高的工具，为未来的模拟水在纳米材料中的传输。
2016-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
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
Clustering of Janus Particles in Optical Potential Driven by Hydrodynamic Fluxes
自组织是由环境介导的系统的各个组件之间的相互作用驱动的，并且是许多生物系统用于开发复杂和功能结构的最重要策略之一。此外，受生物启发的自组织为开发下一代电子，光子学和纳米技术材料和设备提供了机会。在这项工作中，我们证明了实验的Janus粒子（二氧化硅微球半涂金）的系统聚集成集群中存在的高斯光学势和解聚时，关闭的光学势。我们表明，潜在的机制是存在的流体动力学流引起的温度梯度产生的光吸收在Janus粒子上的金属补丁。我们还进行了模拟，这与实验吻合得很好，其结果使我们能够澄清潜在的机制。流体动力学通量诱导的可逆聚集的可能性可能在药物递送、货物运输、生物修复和生物图案化领域中具有应用。
2018-11-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.optics
Probing colloidal gels at multiple lengthscales: the role of hydrodynamics
胶体凝胶是由胶体颗粒的稀薄网络组成的非平衡结构。将实验与数值模拟进行比较，关闭流体动力学相互作用，我们证明了溶剂对凝胶化的关键作用。流体动力学相互作用抑制了封闭几何形状的较大局部平衡结构的形成，并且相反导致形成高度各向异性的线，这促进了开放的凝胶网络。我们证实了这些结果与模拟，其中包括流体力学。基于三点相关性，我们提出了一个尺度分辨的定量测量的凝胶结构的各向异性。我们发现一个强烈的差异颗粒间距离的两倍以下的颗粒直径的系统与流体力学，从结构的角度来看，量化流体力学的作用。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
