Tank-treading as a means of propulsion in viscous shear flows
使用坦克踩踏作为一种手段的推进microswimmers在粘性剪切流被考虑到exam.We讨论的可能性,囊泡能够控制漂移在外部剪切流,通过局部改变其自身膜的弯曲刚度。通过准球形极限的解析计算,确定了在外部流动中的坦克踩踏囊泡的静止形状和取向,在膜不均匀性中工作到最低阶。膜的不均匀性在形状演化方程中作为额外的力项起作用,其可用于平衡流体动力学应力的影响,从而允许囊泡呈现否则将被禁止的形状和取向。囊泡的形状和方向所需的横向迁移的流动,连同弯曲刚度的配置文件,将导致这样的形状和方向,被确定。一个简单的模型,其中一个囊泡是能够向上或向下迁移的浓度场的梯度,通过硬化或软化其膜,在响应罐踩踏过程中所经历的浓度水平的变化。
2011-07-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Diffuse interface models of locally inextensible vesicles in a viscous fluid
我们提出了一个新的扩散界面模型的动力学不可扩展的囊泡在粘性流体。这项工作的一个新功能是在扩散接口上下文中实现本地不可扩展性条件。通过使用局部拉格朗日乘子来强制局部不可扩展性,该局部拉格朗日乘子在界面处提供必要的张力。为了求解局部拉格朗日乘子,我们引入了一个新的方程,其解决方案基本上提供了一个谐波扩展的局部拉格朗日乘子关闭接口,同时保持本地不可扩展性约束附近的接口。为了使该方法更强大,我们开发了一个局部松弛方案,动态地纠正局部拉伸/压缩错误,从而防止其积累。渐近分析表明,我们的新系统收敛到一个放松的版本的不可扩展的尖锐的接口模型。这一点也得到了数值验证。虽然该模型不依赖于尺寸,但我们仅在2D中进行了数值模拟。为了数值求解二维方程,我们开发了一个有效的算法结合算子分裂方法与自适应有限元的纳维-斯托克斯方程隐式耦合的扩散界面不可扩展方程。在不同的雷诺数的剪切流中的单个囊泡的数值模拟表明,在执行本地不可扩展性的错误可能会积累,并导致在翻滚制度和不同的倾斜角的囊泡在坦克踩踏制度的动态差异大。局部松弛算法被证明可以有效地防止这种积累的驱动系统回到它的平衡态时,出现错误的局部不可扩展性。
2013-11-26 cond-mat.soft math-ph math.MP
Spectrally Accurate Simulation of Axisymmetric Vesicle Dynamics
Landau Institute for Theoretical Physics of the RAS(俄罗斯科学院朗道理论物理研究所);HSE University(高等经济大学)
本文提出一种无网格数值方法,用于模拟黏性介质中轴对称囊泡的动力学,通过自适应重参数化、 gauge 动力学、误差控制和光谱准确积分方案实现高精度与高效计算。
2026-04-16 cond-mat.soft physics.comp-ph
Simulation of Hierarchical Viscous Fingering Pattern in Lifting Hele-Shaw Cell
粘性手指在提升Hele-Shaw细胞形成一个层次的模式,由于在收敛的几何形状生长的手指之间的竞争。如果防护流体是粘塑性的,则形成永久的三维图案,其通常近似为准二维。我们在这里提出了一个蒙特卡罗模拟,试图重现真正的三维图案在矩形几何形状使用一个非常简单的算法。我们研究的手指长度分布,覆盖的入侵流体的增加率,最终图案的高度轮廓,并观察这些如何与流体的特性的变化。
2002-12-21 cond-mat.soft
Two-Dimensional Vesicle Hydrodynamics from Hydrophobic Attraction Potential
我们开发了一个新的模型,据我们所知,多体流体动力学的两亲性Janus粒子悬浮在粘性背景流。Janus粒子通过疏水吸引势相互作用,导致自组装成双层结构。我们采用一种有效的积分方程方法来解决屏蔽拉普拉斯方程的疏水吸引力和解决流动性问题的水动力相互作用。积分方程公式准确地捕捉到近接触边界的相互作用。在线性剪切流作用下,我们观察到了由Janus粒子组成的二维囊泡的坦克踩踏变形。结果产生测量单层间摩擦,膜渗透性,并在大的剪切速率,膜破裂。模拟研究包括抛物流中的囊泡和剪切流和拉伸流中的囊泡-囊泡相互作用。Janus颗粒囊泡的流体动力学复制了不可伸展的弹性囊泡膜的行为。
2021-10-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Giant Vesicles with Encapsulated Magnetic Nanowires as Versatile Carriers, Transported via Rotating and Non-Homogeneous Magnetic Fields
在这项工作中,两个实时的方法来传输磁性纳米线限制在巨大的混合容器应用不同的策略进行了研究。微尺度载体通过非均匀场磁性引导通过粘性介质或通过精确监测的流体动力学流动平流。磁性元件的细长几何形状使得能够应用大扭矩、旋转动力学的原位表征以及通过纳米线尖端在限制双层上的连续推力的引导推进。囊泡的柔韧性,需要沿转向方向变形,通过微观开口通道,通过非离子表面活性剂的吸附在脂质膜上增强。所得到的集成系统是在微流体平台中甚至在生理环境中运输一些皮升的胶体货物或流体量的优秀候选者,因为它结合了推进的显微系统的可操作性和囊泡所赋予的保护。
2019-09-12 cond-mat.soft
Curvature fluctuations of fluid vesicles reveal hydrodynamic dissipation within the bilayer
本文通过巨型囊泡闪烁光谱实验证明,曲率半径小于Saffman-Delbrück长度的非平面膜的弯曲涨落由膜内粘性流动主导,并可从形状时间关联的短时行为可靠提取膜粘度,揭示DPPC:胆固醇膜为牛顿流体而聚合物膜流变更复杂。
2024-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Oblate to prolate transition of a vesicle in shear flow
囊泡是一种微小的软颗粒,其膜是一种二维不可压缩的流体,由弯曲阻力控制,导致形状的动物学。利用数值模拟研究了底壁剪切流中瘪泡的动力学,底壁是考虑受限泡的第一个最小构型。详细研究了扁(亚稳态)和长(稳定)形状的共存。特别是,我们讨论了在(v,Ca)平面的共存区域的边界,其中v是减少的体积的囊泡和Ca的毛细管数。我们描述了从扁长到长扁长的转变,并分析了临界毛细数附近转变时间的发散。然后,我们分析了扁圆囊泡在弱流状态下的升力动力学。
2019-08-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Direct measurement of the viscocapillary lift force near a liquid interface
本文首次直接测量了粘性流体中沿液体界面运动的粒子所受的粘毛细升力,揭示了升力随距离减小而增大并趋于饱和的规律,实验结果与软润滑理论模型吻合。
2024-06-04 cond-mat.soft
Hydrodynamics of a Semipermeable Vesicle Under Flow and Confinement
脂质双层膜对水分子具有天然的(尽管很小)渗透性。在外部负荷下,只要双层结构保持完整并且不发生穿孔或破裂,脂质膜就会变形,并且在不存在渗透压的情况下,通常假定其水流入/流出可以忽略不计。在这项工作中,我们使用边界积分模拟研究水渗透性对囊泡流体动力学的影响,由于机械负荷,如从外部流变形囊泡膜在自由空间或推动它通过限制的粘性应力。将膜渗透性转换为Helfrich自由能框架,作为半透性囊泡的模型,我们说明,在没有渗透应力梯度的情况下,半透性囊泡受到水流入/流出的影响,在足够长的时间内或在强限制下。我们的模拟量化的水渗透的条件是可以忽略不计的时间尺度,流动强度和限制。这些结果揭示了如何利用微流体限制来估计膜渗透性。
2021-01-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics and rheology of a vesicle doublet suspension
采用高阶自适应时间边界积分方法,数值模拟了不同流动条件下粘性二维囊泡偶体的动力学行为。在静止的流动中,两个相邻的囊泡在粘附势的作用下缓慢地向彼此移动,将它们之间的流体推出,以在平衡时形成囊泡双峰。润滑分析这样的排水的薄膜给出的排水时间的依赖关系的粘附强度和分离距离是在良好的协议与数值计算结果。在平面拉伸流中,我们发现只有当两个囊泡在驻点附近迎面碰撞时,才会形成稳定的囊泡双峰。在微流体阱中,通过主动控制回路将伸展流的停滞动态地放置在囊泡双峰的中间,观察到囊泡双峰的新颖动力学。数值模拟结果表明,存在一个临界拉伸流速,在此流速以上,扩散流克服了粘附作用,从而提供了一种简单的方法来测量两个囊泡膜之间的粘附强度。在平面剪切流中,数值模拟表明,囊泡双峰可以形成提供的粘附强度是足够大的在一个给定的囊泡减少面积。一旦形成了一个双峰,它的振荡动力学被发现依赖于粘合强度和它们的减少面积。此外,有效的剪切粘度的稀释悬浮液的囊泡双峰被发现是一个功能的减少面积。这些数值研究和分析的结果揭示了粘性流体中囊泡之间的粘附相互作用的流体动力学和流变学后果。
2019-07-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shape transition and hydrodynamics of vesicles in tube flow
采用轴对称边界元方法,数值研究了低雷诺数压力驱动流场中双层脂质囊泡在圆管中的定常运动和变形。这种流体-结构相互作用问题由三个无量纲参数确定:减少的体积(囊泡非球面性的量度)、几何约束(囊泡有效半径与管半径的比率)和毛细管数(粘性力与弯曲力的比率)。囊泡的物理限制-固定的表面积和封闭的体积,当它被限制在一个管-确定临界限制,超过它不能通过而不破裂其膜。模拟结果以不同限制程度的大范围缩小体积[0.6,0.98]呈现;缩小体积0.6模拟红细胞。我们绘制了一个相图的囊泡形状,并提出了一个形状过渡线分离的降落伞状的形状区域从子弹状的减少体积与限制相空间。我们发现,形状的转变标志着囊泡流动性的行为的变化,特别是对于高度放气的囊泡。最重要的是,高分辨率的模拟使我们有可能检查壁边界和囊泡表面之间的流体动力学相互作用的条件下,非常高的限制,从而提供了限制行为的几个数量的利益,如润滑膜的厚度,囊泡的流动性和它的长度,以及额外的压力降由于囊泡的存在。这种额外的压力降对稀囊泡悬浮液的流变学具有影响。此外,我们提出了各种相关性,并讨论了一些实际应用。
2020-03-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quantitative measurements of the lift force acting on a sphere sliding along a liquid-liquid interface
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences(中国科学院福建物质结构研究所);Université de Bordeaux & CNRS, LOMA, UMR 5798(波尔多大学与法国国家科学研究中心,LOMA,UMR 5798);School of Physics, Beihang University(北京航空航天大学物理学院)
本研究通过实验测量液-液界面处滑动球体的升力,揭示了速度、粘度和分离距离对升力的影响,并验证了软润滑理论的预测。
2026-02-14 cond-mat.soft
Fluid Vesicles in Flow
本文综述了巨流体囊泡在各种外部流体动力学流场中的动力学行为。由膜弹性、流体动力学流动和热涨落引起的应力之间的相互作用导致了丰富的现象学。在具有旋转和拉伸分量的线性流动中,坦克踩踏和翻滚运动的特性现在可以通过理论和数值模型很好地描述。在这两个政权之间的过渡,强烈的形状变形和放大的热波动产生一个新的政权称为颤抖。在这种情况下,囊泡的取向振荡准周期性的流动方向,而发生不对称的变形。对于足够强的流动,观察到小波长的变形,如皱纹,类似于突然反向拉伸流动中发生的情况。在稳定的拉伸流动中,具有大的过量面积的囊泡在大的流速下变形成哑铃状,并且在更强的流动中发生珍珠状。在具有抛物线流动轮廓的毛细流动中,单个囊泡向通道的中心迁移,在那里它们采用对称形状,原因有两个。首先,墙壁施加一个水动力升力,将它们推开。第二,剪切应力在流的尖端处最小。然而,对称性被打破的囊泡与大的过剩面积,流偏离中心和变形不对称。在悬浮液中,囊泡之间的流体动力学相互作用叠加了这两种效应,使得从单个囊泡的动力学推断流变学性质具有挑战性。对稳定或随时间变化的流动中的囊泡和类似物体及其悬浮液的进一步研究将揭示血液流动等现象。
2014-03-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Efficient bending and lifting patterns in snake locomotion
University of Michigan(密歇根大学)
我们优化三维蛇的运动效率。我们假设蛇脊椎的一般空间曲线表示,具有小到中度的离地升力和可忽略的身体惯性。运动的成本包括摩擦功和内部粘性耗散。当限制到平面运动学,我们的人口为基础的优化方法发现相同类型的最优作为以前的牛顿为基础的方法。有几种类型的最佳运动占主导地位。我们发现一个s形的身体与交替提升的中间和两端的小到中等的横向摩擦。对于大的横向摩擦,卷曲和滑动运动是典型的小粘性耗散,取代大振幅弯曲大粘性耗散。小粘性耗散,我们发现局部最优解,类似于侧绕运动摩擦系数空间。他们总是次优交替升降运动,平均输入功率高10- 100%。
2022-05-09 cond-mat.soft cs.RO physics.bio-ph
Hysteretic and chaotic dynamics of viscous drops in creeping flows with rotation
在我们以前的出版物(Blawzdziewicz,Cristini,Loewenberg,2003)中已经表明,具有非零涡量分量的二维线性蠕动流中的高粘度液滴可能有两个稳定的定态。一种状态对应于主要通过旋转稳定的接近球形的紧凑液滴,而另一种状态对应于主要通过毛细力稳定的细长液滴。在这里,我们探讨的后果,高粘度液滴的动态的滴双稳态。使用边界积分模拟和小变形理论,我们表明,准静态变化的流动涡度引起的滞后响应的下降形状,与紧凑和细长的解决方案之间的快速变化在临界值的涡度。在流动的涡度的正弦时间变化,我们发现混沌滴动态响应的周期性强迫。级联倍周期分岔被发现是直接负责的过渡到混沌。在随机流中,我们得到一个双峰液滴长度分布。指出了与大分子和囊泡动力学的一些相似之处。
2007-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Soft Dynamics simulation: normal approach of deformable particles in a viscous fluid
离散模拟方法是研究由干颗粒材料或稀悬浮体组成的复杂流体的复杂行为的有效工具。相比之下,由柔软和/或浓缩单元(乳液、泡沫、囊泡、致密悬浮液)制成的材料可以表现出显著的弹性颗粒偏转(赫兹样响应)和强粘性力(挤压液体)。我们指出,两个粒子之间的间隙不仅取决于它们的中心位置,而是表现出自己的动力学。本文提出了一种新的离散数值方法--软动力学方法,用于模拟质点和接触的组合动力学。作为一个例子,我们提出的方法的两个粒子的结果。我们恢复的标度行为预期在三个限制:斯托克斯限制非常大的差距,Poiquilille润滑限制小的差距,甚至更小的表面偏转,和赫兹限制显着的表面偏转。用这种新方法进行大尺度模拟是研究许多复杂材料的集体行为的一种很有前途的工具。
2008-03-11 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Effect of viscoelastic fluid on the lift force in lubricated contacts
本文研究近壁圆柱与黏弹性润滑层耦合时的升力,通过计入法向与切向应力及界面滑移速度,揭示 De、表面张力和层厚对升力正负及主导机制的影响。
2023-08-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Droplet microfluidics to prepare magnetic polymer vesicles and to confine the heat in magnetic hyperthermia
在这项工作中,我们提出了两种类型的微流控芯片涉及分散在环己烷与油酸的磁性纳米粒子。在第一种情况下,疏水涂层的纳米粒子与两亲性二嵌段共聚物通过双乳液过程自组装,以便在一个步骤中以高通量制备巨大的磁性囊泡(聚合物囊泡)。文献中显示,这种二嵌段共聚物W/O/W乳液液滴可以通过油相从水性内核的去湿转变而演变成由薄(纳米)磁性膜制成的聚合物囊泡,通常导致“橡子样”结构(聚合物过量)粘附到膜上。为了解决这个问题并大大加快该过程,通过蒸发去除溶剂被简单的PDMS芯片中的囊泡的“剪切”所取代,该PDMS芯片被设计为在磁梯度和粘性剪切之间施加平衡。在第二个例子中,使用简单的油包油乳液芯片来获得在产生射频磁场的感应线圈内循环的规则的磁液滴串。我们的证据表明,磁热疗产生的热量可以转换成温度上升,即使在nL液滴的规模。结果进行了比较,传热模型在两个限制的情况下:绝热与耗散。其目的是要解开一个微妙的难题,即在抗癌治疗的一般范围内,通过射频热疗来加热肿瘤“幻影”所需的最小尺寸。
2021-01-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Direct Measurement of the Elastohydrodynamic Lift Force at the Nanoscale
我们提出了第一个直接测量的弹性流体动力学升力作用在一个粘性液体中移动的球体,附近和沿着一个软基板下纳米限制。使用原子力显微镜,升力探测作为间隙大小的函数,对于各种驱动速度,粘度和刚度。随着间隙的减小,力增加,并且在小间隙处表现出饱和。结果是在良好的协议与缩放参数和定量模型开发的软润滑理论,在线性弹性,并为小的顺应性。对于较大的顺应性,或等效为较小的限制长度尺度,经验的比例律所观察到的饱和升力给出和讨论。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Nanoscale Electroviscous Lift Force
State Key Laboratory of Structural Chemistry, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences(中国科学院福建物质结构研究所);Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine, CNRS/University of Bordeaux(波尔多大学);School of Physics, Beihang University(北京航空航天大学)
本研究通过原子力显微镜直接测量并量化了纳米尺度电粘性升力力,揭示了其与距离、速度和粒子大小的关系,并首次发现升力力随速度增加而饱和。
2026-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A flowing pair of particles in inertial microfluidics
惯性微流体中的一对流动粒子为理解和控制微流体设备中的细胞或液滴等粒子的集体动力学提供了重要的见解。它们被应用于医学细胞分析和工程。利用格子玻尔兹曼方法研究了一对固体颗粒在矩形微通道中流动的动力学行为。我们确定的惯性升力剖面作为两个粒子的位置,它们的轴向距离,和雷诺数的函数。一般来说,在流动中领先和落后的颗粒之间的轮廓明显不同,并且由于第二颗粒的存在,升力增强。在小的轴向距离处,它们由粘性力决定,而在大的分离处,惯性力占主导地位。取决于初始条件,两粒子升力与Poiffille流结合产生三种类型的未结合粒子轨迹,称为移动分开,通过和交换,以及一种类型的结合轨迹,其中粒子执行阻尼振荡。阻尼率与雷诺数平方成比例,因为惯性力负责将颗粒驱动到其稳态位置。
2018-05-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Radiation Forces and Torques on Janus Cylinders
Indian Institute of Technology Madras(印度马德拉斯理工学院)
研究横向磁场平面波照射下Janus圆柱体的辐射诱导阻力、升力和扭矩,通过格子玻尔兹曼方法验证分析表达式,揭示非单调依赖性和两种机制,为设计预测光学机械响应提供依据。
2026-04-25 cond-mat.soft
Numerical analysis of viscoelasticity of two-dimensional fluid membranes under oscillatory loadings
本研究基于二维流体膜模型,通过数值模拟分析微米尺度膜在小振幅振荡载荷下的粘弹性,发现频率增加导致膜从弹性主导转为粘性主导,转变频率约为10^1-10^2 Hz且与表面张力无关。
2024-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Odd-viscosity-induced instability in shear flows
Bar-Ilan University(巴伊兰大学);Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院)
该研究推导了奇黏度推广的Orr--Sommerfeld--Squire方程,发现奇黏度可通过将剪切流瞬态增长转化为自持指数增长模式诱导新不稳定性,建立了瞬态增长、非正态性与非耗散力诱导不稳定性的联系。
2026-09-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Cytoplasmic streaming in plant cells: the role of wall slip
我们提出了一个计算机模拟研究,通过格子玻尔兹曼模拟,细胞质流在藻类细胞,如那些轮藻的微观模型。我们将肌球蛋白马达沿着肌动蛋白通道跟踪建模为沿着固定线进行定向运动的球体。球体尺寸考虑到电机拖动囊泡或其他细胞器的事实,并且,与以前的工作不同,我们建模的边界靠近电机移动作为一个有限的滑移层的墙壁。通过使用现实的参数值肌动蛋白泳道和肌球蛋白密度,以及内质和液泡的粘度和滑层靠近壁,我们发现,这种简化的视图,它不依赖于任何电机,细胞质和液泡之间的耦合比由粘性斯托克斯流提供的其他,是足以占观察到的幅度的流动速度在活植物细胞的细胞内液。
2012-02-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Capillary-lubrication force between rotating cylinders separated by a fluid interface
本文研究由两层不混溶粘性流体分隔的旋转圆柱间的毛细润滑力,推导出速度与加速度相关贡献,并揭示流体双层结构可产生吸引或排斥力,高邦德数下响应类似Winkler基底。
2024-03-28 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.class-ph
Capillary lubrication of a spherical particle near a fluid interface
本研究通过润滑理论与毛细顺应性微扰分析,表征了球体在流体界面附近平移时因界面长程变形而产生的力与力矩变化,揭示了弹性边界对润滑运动的影响。
2025-10-03 cond-mat.soft physics.class-ph physics.flu-dyn
Interface-resolved simulations of small inertial particles in turbulent channel flow
本文通过界面解析与单向耦合点粒子DNS的直接对比,研究了湍流槽道流中小惯性颗粒的动力学,发现近壁区因强剪切诱导升力导致两者统计结果存在显著定性差异。
2024-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn