Energy partition and segregation for an intruder in a vibrated granular system under gravity
研究了开放振动颗粒系统中杂质与周围气体的温差。结果表明，尽管状态高度不均匀，但系统大部分的温度比保持恒定。能量均分的缺乏与杂质在系统参数的某些值处的压力扩散系数的符号的变化相关联，从而导致偏析准则。理论预测与实验结果一致，也与本文报道的分子动力学模拟结果一致。
2005-07-08 cond-mat.stat-mech
Fluctuation-Induced Casimir Forces in Granular Fluids
我们数值研究了驱动非粘性颗粒介质的行为，发现两个固定的大入侵者颗粒，沉浸在小颗粒的海洋，经验，除了一个短距离的耗尽力，一个长距离的排斥力。所观察到的长程相互作用是波动引起的，我们提出了一个机制类似的Casimir效应，产生它：流体动力学波动的入侵者之间的几何限制，产生不平衡的重整化压力。基于计算可能的傅立叶模式的估计解释了排斥力，并与模拟定性一致。
2006-04-07 cond-mat.stat-mech
Drag acting on an intruder in a three-dimensional granular environment
对三维无摩擦干颗粒环境中入侵体所受的阻力进行了数值研究。结果表明：（1）在没有引力的情况下，入侵者的运动不存在屈服力。(ii)阻力与运动入侵者的截面成正比。(iii)如果入侵者大于周围的颗粒，阻力是成比例的移动速度$V$的入侵者的稠密系统，但它表现出一个交叉从二次线性依赖的移动速度时，周围的颗粒的体积分数是远远低于堵塞点。(iv)如果侵入颗粒的尺寸与环境颗粒的尺寸相同，并且体积分数接近堵塞点，则存在阻力几乎与$V$无关的平台区。
2019-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Application of the Gillespie algorithm to a granular intruder particle
我们展示了如何Gillespie算法，最初开发来描述耦合化学反应，可以用来进行数值模拟的颗粒入侵者粒子与热化浴粒子碰撞。该算法生成一系列由可变时间间隔分隔的碰撞“事件”。作为输入，它需要在入侵粒子表面上的每个点处的浴粒子的位置相关通量。我们通过将其应用到一个一维系统，其中的齐次玻尔兹曼方程的精确解是已知的，并调查浴粒子速度分布的情况下，代数尾巴验证该方法。我们还提出了一个应用程序的颗粒针浴的点粒子，我们证明了入侵粒子的平移和旋转自由度之间的相关性的存在。讨论了Gillespie算法与常用的直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法之间的关系。
2006-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intruder Dynamics in a Frictional Granular Fluid: A Molecular Dynamics Study
本文研究了入侵者在三维流化颗粒介质中运动的动力学行为（$d=3$）。侵入体和颗粒具有平移和旋转自由度。能量耗散机制是所有粒子对之间的固体摩擦。我们通过随机扰动颗粒的线速度和角速度来保持颗粒系统的流化状态，即使在相当高的密度下。我们施加一个大小为$F$的恒定外力到入侵者，并获得其在质心系中的稳态速度$V_s$。$F$ - $V_s$关系在颗粒物质的工业处理中具有很大的意义，并且已经成为关于这个问题的大多数实验的主题。我们还得到的流动性，这是成比例的反粘度，作为体积分数$ϕ$的函数。这被示出在堵塞体积分数处发散。对于低于干扰分数的$ϕ$，我们发现小$F$的$V_s \sim F$和大$F$的$V_s \sim F^{1/2}$。入侵者在垂直于外力方向的平面内表现出扩散运动。
2020-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonadditivity of Fluctuation-Induced Forces in Fluidized Granular Media
我们研究了浸入随机驱动颗粒流体中的入侵粒子之间的有效长程相互作用。两个入侵者之间的有效Casimir力，引起的波动的流体动力场，可以改变其符号时，改变控制参数：体积分数，入侵者之间的距离，和恢复系数。更有趣的是，通过插入更多的入侵者，我们验证了波动引起的相互作用不是成对加性的。模拟结果与基于模式耦合计算的理论预测定性一致。这些结果为研究流化颗粒介质中集体行为的机理提供了新的思路。
2012-05-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mean square displacement of intruders in freely cooling multicomponent granular mixtures
本研究针对自由冷却多组分颗粒混合物中的示踪粒子，采用第二索宁近似求解扩散系数并推导均方位移的对数时间依赖关系，通过直接模拟蒙特卡洛方法验证了该近似优于一阶近似，且长时间极限下与已有结果吻合。
2024-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Segregation of an intruder in a heated granular dense gas
重新审视了最近的分离准则[V. Garzó，Phys. Rev. E \textbf{78}，020301（R）（2008）]，该准则基于由非弹性Enskog方程描述的加热颗粒气体中入侵者的热扩散因子$Λ$。$Λ$的符号提供了巴西坚果效应（BNE）和反向巴西坚果效应（RBNE）之间过渡的判据。目前的理论包括两个额外的成分没有考虑到以前的理论尝试。首先，该理论是基于对入侵者质量通量输运系数的第二Sonine近似。第二，温度比（入侵者的温度超过主机粒状气体）对固体体积分数的依赖性被考虑在第一和第二Sonine近似。为了检验Sonine近似的准确性，还采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法对Enskog方程进行了数值求解，得到了动力学扩散系数$D_0$。理论和模拟之间的比较表明，第二Sonine近似的$D_0$产生的第一Sonine近似的改进时，入侵者比气体粒子在大的非弹性范围内轻。相对于BNE/RBNE过渡的相图的形式，因子$Λ$的动力学理论结果表明，虽然这些图的形式敏感地依赖于考虑当重力不存在时的Sonine近似的阶数，但在相反的极限（重力主导热梯度）中，两个Sonine解之间没有显着差异。在前一种情况下（无重力），第一Sonine近似高估了RBNE区域和耗散对热扩散偏析的影响。
2012-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intruders in disguise: Mimicry effect in granular gases
一般来说，非弹性和粗糙硬球的多组分颗粒气体中的总动能在不同的自由度之间是不均等地分配的。另一方面，部分能量均分，原则上，可以达到适当的组合下的系统的力学参数。假设恢复系数的共同值，我们使用动力学理论工具来确定的条件下，在均匀冷却状态下的颗粒混合物的组分具有相同的平移和旋转温度的单组分颗粒气体（“模仿”效应）。给定浓度和尺寸比的值，模仿效应要求质量比取特定值，较小的球体具有比较大球体更大的颗粒质量密度。的理论预测的情况下，一个杂质浸没在主机粒状气体进行比较，对DSMC和分子动力学模拟具有良好的协议。
2019-06-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mobility and diffusion of intruders in granular suspensions. Einstein relation
本文通过Enskog动力学方程和Chapman–Enskog方法研究颗粒悬浮液中入侵粒子的迁移与扩散系数，并用DSMC模拟验证理论，证明爱因斯坦关系偏离1源于入侵粒子参考态的非Maxwell行为且偏离极小。
2023-10-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Segregation by thermal diffusion of an intruder in a moderately dense granular fluid
的非弹性Enskog方程，超出了弱耗散极限，并适用于中等密度的解决方案是用来确定入侵者的热扩散系数浸没在一个稠密的颗粒状气体在重力作用下。这个因素提供了一个隔离标准，显示巴西坚果效应（BNE）和反向巴西坚果效应（RBNE）之间的过渡，通过改变系统的参数（质量，大小，密度和恢复系数）。BNE/RBNE转变的相图的形式敏感地依赖于重力相对于热梯度的值，因此对于给定的系统参数值，可以在两种状态之间切换。两个具体的限制被认为是详细的：（一）重力的情况下，和（ii）均匀的温度。在后一种情况下，经过一些近似，我们的结果是一致的与以前的理论结果来自Enskog方程。我们的研究结果还表明，在没有重力的情况下，耗散对热扩散的影响比在相反的限制更重要。本分析扩展了以前的理论结果中得出的稀释极限的情况下[五Garzó，欧洲物理。Lett. { \bf 75}，521（2006）]并且与一些最近的实验结果的发现一致。
2009-02-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Revealing the Nonequilibrium Nature of a Granular Intruder: The Crucial Role of Non-Gaussian Behavior
该研究针对振动流化颗粒气体中旋转体的角扩散实验信号，利用双时间尺度与非高斯速度增量量化时间反转不对称性破缺，提出含高斯与泊松噪声的双变量耦合模型，可在宽密度范围重现实验，为非平衡耗散系统研究提供新框架。
2023-08-23 cond-mat.stat-mech physics.data-an
Fluctuations, correlations, and Casimir-like forces in the homogeneous cooling state of a granular gas
解析求解颗粒气体均匀冷却态的涨落流体力学，计算了系统壁面上的类卡西米尔力，发现其源于纵向速度与能量密度的关联，且能驱动系统趋向方形或矩形构型。
2023-11-23 cond-mat.stat-mech
Impurity in a sheared inelastic Maxwell gas
考虑非弹性Maxwell模型下的Boltzmann方程，研究了均匀剪切流驱动下颗粒气体中杂质（或入侵者）的动力学行为。分析是基于一个精确的解决方案的Boltzmann方程的颗粒二元混合物。它适用于任意远离平衡的条件（剪切速率$a$的任意值）和混合物参数的任意值（颗粒质量$m_i$、摩尔分数$x_i$和恢复系数$α_{ij}$）。在示踪剂极限下，当入侵物种的摩尔分数为零时，发生非平衡相变。因此，我们身份有序的阶段，入侵者承担有限的贡献的混合物的性质，在一个区域的参数空间，详细制定。这些发现扩展了以前对普通麦克斯韦气体的结果，并进一步表明耗散导致新的有序相。
2011-12-09 cond-mat.stat-mech
`Sinking' in a bed of grains activated by shearing
我们展示了如何弱力，$f$，使入侵者运动通过致密的颗粒状材料受到外部机械激励，在这种情况下逐步剪切。在二维光弹性圆盘系统中，力作用在特氟龙圆盘上。这个力比在没有任何外部激励的情况下移动圆盘所需的最小力小得多。在一个循环中，材料+入侵者被准静态地从$γ= 0$剪切到$γ_{max}$，然后返回到$γ= 0$。在不同的周期阶段，脆弱和堵塞的状态形成。净侵入体运动$δ$发生在切变逆转产生的脆弱期。每个循环的$δ$，例如准静态速率$c$，是恒定的，线性地依赖于$γ_{max}$和$f$。它以$c \propto (ϕ_c - ϕ)^a$的形式消失，以$a \simeq 3$和$ϕ_c \simeq ϕ_J$的形式消失，反映了颗粒系统在剪切作用下的硬化为$ϕ\rightarrow ϕ_J$。入侵者运动诱发大尺度的颗粒环流。在入侵帧中，这种运动是一个颗粒模拟流体流动通过一个圆柱体，其中$f$是由流动施加的阻力。
2017-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Swimming in Granular Media
我们研究了一个简单的模型，定期收缩和扩展的大型入侵者在颗粒床，以了解游泳的机制，否则固体介质。使用事件驱动的模拟，我们发现理想化的游泳者必须使用的最佳条件，以严格的沙床，使其足够刚性，以支持负载时，需要的，但足够的流体，以允许运动的阻力最小。游泳者-或其他入侵者-太快地移动床会产生大的空隙，从而阻止实现牵引力，而移动太慢的游泳者在床重新固化之前无法行进，即，游泳者局部探测粒状填料中的基本时间尺度。
2009-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Drag force on cylindrical intruders in granular media: Experimental study of lateral vs axial intrusion and high grain-polydispersity effects
我们报告了实验测量的阻力所经历的固体圆柱体穿透颗粒床的玻璃珠，具体地说，包括一个高度多分散的样品，粒度在1-100 μm。我们考虑横向和轴向侵入的情况下，在长轴的圆柱体是水平和垂直，分别举行。我们探索不同的制度的行为作为穿透深度的函数的阻力。在横向侵入，在那里的运动是有效的准二维，我们建立定量比较与现有的理论预测在整个深度范围。在轴向侵入，我们观察到特殊的波动的力-深度分布在很宽的范围内的侵入速度和不同的圆柱体直径。我们认为，这些波动反映了一般的剪切破坏在高度多分散的样品，可以理解的极限承载力理论的基础上半定量的水平。
2022-08-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Long-range interactions in randomly driven granular fluids
本文研究了随机驱动颗粒流体非平衡稳态中的长程空间相关性，重点是获得静态结构因子的显式形式。浸没在这样的细颗粒流化床中的不动颗粒的存在导致流体动力场的波动谱的限制，这导致入侵者之间的有效远程相互作用。分析预测与离散元法模拟的结果是一致的。通过改变入侵者的形状和方向，我们解决了边界条件的微小变化如何影响有效力。
2013-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Theory for Reverse Brazil Nut Segregation and the Non-monotonic Ascension Dynamics
基于Boltzmann-Enskog动力学理论，我们发展了一个振动流化颗粒混合物中众所周知的（反向）巴西坚果离析的流体动力学理论。使用与标准流体力学的类比，我们最近提出了一种新的机制，在颗粒混合物的基础上分离{ \it之间的竞争浮力和几何力}：阿基米德浮力，伪热浮力，由于两个颗粒物种的能量之间的差异，和两个几何力，一个压缩和其他拉伸性质，由于尺寸的差异。对于具有弹性碰撞的完全硬颗粒的混合物，伪热浮力为零，但入侵者必须克服净压缩几何力才能上升。对于这种情况，几何力与标准阿基米德浮力竞争以产生阈值密度比$R_{ρ1}=ρ_l/ρ_s < 1$，在该阈值密度比以上，{ \it较轻的侵入者下沉}，从而发出{\it反向浮力}效应的{\it开始}的信号。对于耗散粒子的混合物，非零的伪热浮力引起另一个阈值密度比$R_{ρ2}$（$> R_{ρ1}$），超过该阈值，入侵者再次上升。研究了稠密二元混合物中入侵粒子的{ \it示踪剂}极限，发现入侵粒子的上升时间随密度比{ \it非单调}变化.对于一个给定的尺寸比，入侵者有一个阈值密度比，在这个阈值密度比上，它需要最大的时间上升，高于（/低于）这个阈值密度比，它上升得更快，这意味着{ \it越重（和更大）的入侵者，它上升得越快}。我们的理论提供了一个统一的描述（反向）巴西坚果隔离和巴西坚果的非单调上升动力学。
2008-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic profiles for an impurity in a open vibrated granular gas
分析了低密度颗粒气体中杂质的流体动力学状态。导出了杂质温度场和密度场与气体流体动力场的显式关系。它示出的两个组件的温度之间的比率，测量偏离能量均分，仅取决于粒子的机械性能，因此在系统的大部分是恒定的。这个比率在确定入侵者的密度分布及其相对于气体的位置方面起着重要的作用，因为它决定了压力扩散系数的符号。理论预测进行了比较与分子动力学模拟结果的特定情况下的开放振动颗粒系统的宏观通量的情况下的稳态，并发现一个令人满意的协议。
2006-01-10 cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic model for particle size segregation in granular media
本文提出了一个颗粒材料中“巴西坚果”尺寸偏析的流体力学理论模型。本文给出了一个大的入侵粒子浸没在一个介质中的单分散流化小颗粒的上升速度的解析解。我们提出了一种新的机制，这种颗粒尺寸偏析由于浮力所造成的密度变化，来自当地的“颗粒温度”的差异。由于非弹性碰撞而引起的能量耗散改变了粒子的迁移率，这导致了与人们对弹性系统所期望的不同的行为。使用我们的模型，我们可以解释的尺寸比依赖的向上速度。
2002-02-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Brownian motion beyond the effective temperature
热平衡条件简化了波动的理论处理，如在著名的爱因斯坦的布朗运动的迁移率和扩散率之间的关系中发现的。最近的几个理论放宽了热平衡的假设，导致至少两个主要的情况。对于分离良好的时间尺度，如在老化的玻璃体系中，平衡涨落耗散定理适用于每个尺度，并具有其自己的“有效”温度。对于混合时间尺度，例如在活性或颗粒流体或湍流中，温度不再是明确定义的，波动的动力学性质完全显现，并且适用广义波动耗散定理（GFDT）。在这里，我们研究实验的混合时标制度，通过研究波动和线性响应的布朗运动的旋转入侵者沉浸在振动流化颗粒介质。增加填充分数，该系统从一个稀单时间尺度政权走向一个更密集的多时间尺度阶段。爱因斯坦的关系在前者中成立，在后者中被违反。这种违反不能用有效温度来解释，而GFDT能够将其归因于入侵者与周围流体之间的强耦合的出现。直接的实验测量证实了当密度增加时系统中空间相关性的发展。
2014-04-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Direct measurement of the Orderphobic Effect
School of Physics and Astronomy, University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学院）；Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校化学与生物分子工程系）
该研究通过实验验证并量化了秩序排斥效应，揭示了其在非平衡稳态中作为普遍波动介导力的作用，为软物质和非平衡系统中的自组装控制提供了新途径。
2026-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
