Shear alignment and tensorial Taylor--Aris dispersion of Brownian rods in a circular tube
University of Exeter（埃克塞特大学）
本文研究了圆管中布朗棒在压力驱动流中的剪切对齐和张量泰勒-阿里斯扩散，通过解决局部稳态取向福克-普兰克问题并利用其二阶矩来闭合一个保守的轴对称传输方程，提出了张量泰勒-阿里斯理论，并验证了渐近系数。
2026-05-17 physics.flu-dyn
Strain-transport superposition in shear-thinning dense non-Brownian suspensions
Monash University（莫纳什大学）
研究揭示了稠密非布朗悬浮液中剪切稀化现象与应变控制的运输机制，发现非仿射速度波动是主导剪切驱动运输的核心动力学尺度。
2026-01-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Discontinuous Shear Thickening in Brownian Suspensions By Dynamic Simulation
动态颗粒尺度的数值模拟被用来表明，在致密的胶体或布朗悬浮液中观察到的剪切增稠与在非胶体悬浮液中观察到的剪切增稠具有相似的性质，即，从润滑的近接触颗粒流到润滑的颗粒接触网络流的应力诱导转变。突然（或不连续）剪切增稠被认为是一个几何而不是流体动力学现象，它源于堵塞体积分数的悬浮颗粒之间的接触力的性质的强烈敏感性。在纯硬摩擦球的胶体悬浮液中获得的增稠在性质上与实验观察相似。然而，该协议不能仅用流体力学，摩擦接触和布朗力进行定量。因此，一个短程排斥势模仿的稳定化的实际悬浮液上的增稠的作用进行了研究。布朗力和排斥力对起始应力的影响可以以相加的方式组合。包括布朗力和稳定力的模拟显示出良好的协议与实验数据的粘度$η$和第二法向应力差$N_2$。
2015-12-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear thickening in non-Brownian suspensions: an excluded volume effect
剪切增稠表现为稠密悬浮液的粘度随剪切速率的增加而增加，在高体积分数时有时突然而剧烈。对于惯性效应不可忽略的非胶体悬浮体，其起源仍有争议。在这里，我们考虑一个简单的剪切流，并证明流体惯性导致强烈的微观结构各向异性，导致在形成的阴影区域，没有相对通量的颗粒。我们表明，在有限的惯性剪切增厚可以解释为增加的有效体积分数时，考虑到动态排除的体积，由于这些阴影区
2013-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enhanced Efficiency in Shear-Loaded Brownian Gyrators
本研究通过外部剪切流作为机械载荷，显著提升了布朗陀螺仪作为热发动机的效率，在最大功率时接近卡诺效率，但揭示了效率与稳定性之间的权衡。
2025-02-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Transient and asymptotic Taylor--Aris dispersion of Brownian rods in arbitrary regular-polygonal ducts
University of Exeter（埃克塞特大学）
研究布朗棒在任意正多边形管道中的Taylor-Aris弥散，通过Jeffery-Brownian闭合和细胞问题分析剪切对齐与横向混合的耦合效应，揭示了平均速度的非单调偏移和Taylor系数的增强。
2026-05-21 physics.flu-dyn
Model-based image analysis of a tethered Brownian fibre for shear stress sensing
作用在生物相关表面上的剪切应力的测量是一个具有挑战性的问题，特别是在例如脉管系统的复杂环境中。虽然最近已经开发了通过合成生物学纳米棒的成像直接检测壁剪切应力的实验方法，但到目前为止，数据解释仅限于现象学随机游走建模、小角度近似和图像分析技术，这些技术没有考虑到从3D对象产生图像。在这份报告中，我们开发了一个数学和统计框架，以估计剪切应力从快速成像序列的基础上，首先随机建模的动态系留的布朗纤维在剪切流，其次是基于新的模型的图像分析，重建噬菌体的位置，通过解决图像形成的逆问题。这个框架的实验数据进行了测试，提供了第一个机械合理的分析的新的测定。以下内容进一步发展了半稀释悬浮液中的无束缚颗粒的已建立理论，这与例如无流动的布朗纳米线的研究有关，并在多学科图像分析领域提出了新的想法。
2017-08-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.QM
Shear thinning of non-Brownian suspensions and its variation at different ambient conditions
不混溶的污染物通常涉及天然存在的悬浮液。其流动行为的变化很少被评估。在这里，我们调查的油基两相悬浮液的粘度的变化超过两年的时间，这是暴露于环境空气中的生产阶段。我们发现，空气的绝对湿度，这强烈地随季节变化，导致交换的水滴与悬浮液，大大改变其剪切稀化行为。只有在冬季，当湿度低，是后者接近理想的两相悬浮液。我们的测量表明，当悬浮固体颗粒的表面粗糙度足够低时，浸没的液滴保持在自由状态，有效地增加颗粒之间的排斥，削弱剪切稀化。相反，当粗糙度足够高时，浸没的液滴被捕获在颗粒表面上，通过水桥接诱导有吸引力的颗粒相互作用，增强剪切稀化。
2023-02-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Long-lived and unstable modes of Brownian suspensions in microchannels
本文研究了微通道中含球形颗粒的布朗悬浮液在压力驱动下的低雷诺数流动的稳定性。我们发现两个一般家庭的稳定/不稳定的模式：（i）退化模式的对称和反对称模式;（ii）单一的模式，无论是对称或反对称。简并模式的浓度分布在通道壁附近有很强的峰值，而单模在那里减弱。一旦兴奋，这两个家族都可以通过高速成像检测到。我们发现，不稳定的模式发生在浓度悬浮液的速度分布是足够平坦的通道中心线附近。增长的不稳定模式的模式表明，它们被触发，由于布朗迁移的颗粒之间的中央散装移动几乎恒定的速度，和高度剪切的低速区域附近的壁。模式被放大，因为剪切诱导的扩散不能有效地分散粒子从扰动速度场的空腔。
2012-04-12 physics.flu-dyn
Shear flow of non-Brownian rod-sphere mixtures near jamming
本文利用离散元方法研究非布朗棒-球混合物在致密堆积下的剪切流变，发现堵塞点随棒长径比非单调变化，短棒降低黏度而长棒升高黏度，并从堆积与排除体积角度给出机制解释。
2024-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Orientation and microstructure in sheared Brownian suspensions of anisotropic dicolloidal particles
取向和微观结构的研究在剪切布朗悬浮液的硬dicolloidal颗粒，与dicolloids建模为两个不同的半径和中心到中心的分离的熔融球。被认为是两种不同的颗粒形状命名为homestrium（纵横比1.1）和熔融哑铃（纵横比1.5）。颗粒之间的流体动力学相互作用的计算与修改后的润滑模型称为快速润滑动力学。对$0.3 \leq ϕ\leq 0.5$和Pèclet数之间的宽范围体积分数进行了研究，这些体积分数在$0 \leq Pe \leq 1000$之间。微观结构被发现是无序的，在所有的体积分数，虽然弱弦状有序的签名是明显的，特别是在$ϕ=0.5$ homestrant悬浮液在中高剪切速率（$Pe$在10-100的范围内）。观察到复杂的取向行为作为形状，剪切速率和体积分数的函数。在非常低的剪切速率下，在所有情况下观察到随机取向分布。在最高的剪切速率，取向分布在悬浮液中的homomorphic颗粒表现出一个转变，在所有的体积分数与涡轴对齐，而在悬浮液中的熔融哑铃它表现出一个偏移远离涡轴在低体积分数和一个可以忽略不计的位移在较高的体积分数。取向行为的进一步特征在于通过检查在速度梯度平面中的取向分布-在这种情况下，通常随着体积分数的增加而观察到与速度轴的增加的颗粒对齐，但随着剪切速率的增加而不普遍。作为剪切速率，体积分数和颗粒形状的函数的复杂取向行为的机制起源进行了描述。
2012-07-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
In-vivo characterization of optically trapped Brownianprobes at a glance
鉴于细胞质粘度的频率依赖性和空间不均匀性，以及对介质折射率的准确了解的要求，体内光学捕获颗粒的校准已经变得复杂。此外，已经证明，介质粘度取决于测量探针，从而导致对于甚至微米尺寸的颗粒的测量的可靠性问题。在这里，我们采用了最近的扩展杰弗里的粘弹性模型在微观领域，以适应被动的运动功率谱的微米级的光捕获颗粒嵌入在粘弹性介质。我们发现MCF7细胞中的0 Hz粘度与文献中的典型粘度值之间具有极好的一致性，预期细胞质溶剂内蛋白质的典型浓度在2至16 mPa秒之间。这通过依赖于小的热位移而绕过了对探针尺寸的依赖。我们的弛豫时间的测量值也与磁镊报告的值相匹配，约为0.1秒。最后，我们校准的光镊，并证明该技术的有效性，在体内平移运动的研究。
2019-09-18 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.optics
Unsteady flow and particle migration in dense, non-Brownian suspensions
我们目前的实验结果致密的玉米淀粉悬浮液的例子，非布朗，近硬的颗粒，经历连续和不连续的剪切增稠（CST和DST）在中间和高密度分别。我们的研究结果提供了强有力的支持，最近的理论，涉及一个应力依赖的有效接触摩擦颗粒之间。然而，我们表明，在DST制度，理论可能会导致一个预期的稳态剪切带沿涡轴分层取向，真正的流动是不稳定的。为了解释这一点，我们认为，稳态带一般排除的要求，硬的非布朗粒子，溶剂压力和正常的正常分量的颗粒应力必须分别平衡带之间的界面。（否则，就会出现不平衡的移民流动。）然而，长寿命的瞬态剪切带仍然是可能的。
2016-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stochastic dynamics of particles trapped in turbulent flows
对两种非均匀剪切湍流中大颗粒的长时间动力学进行了实验研究。这两种流动都有一个共同的特征，即剪切区将两个相互碰撞的环流分开，但具有不同的空间对称性和时间行为。由于大颗粒是越来越不敏感的流动波动，因为它们的大小增加，我们观察到出现一个缓慢的动态对应于两个吸引子之间的来回运动，和一个超慢的制度与流动逆转时，他们存在同步。这样的动态基本上再现了一个过阻尼粒子被困在一个两阱势，被迫由色噪声的一维随机模型。还提出了一个扩展的模型，再现所观察到的动态和捕获没有潜在的障碍：关键成分是噪声相关性和粒子动力学的时间尺度之间的比率。与实验的总协议需要引入空间非均匀的波动和合适的约束强度。
2015-12-24 physics.flu-dyn
Analysis of Brownian coagulation in the spatial mixing layer based on average kernel coupled with iterative direct numerical simulation framework
本文采用流体动力学与气溶胶动力学耦合的 Eulerian 迭代直接数值模拟框架，揭示空间混合层中剪切混合、涡量和初始浓度梯度对纳米颗粒布朗凝并及粒径演化的影响。
2025-02-19 physics.flu-dyn
Non-Brownian diffusion and chaotic rheology of autophoretic disks
本研究以二维自泳圆盘为活性液滴的最小模型，通过数值模拟发现其长时间均方位移呈线性但为非布朗扩散，且弱剪切下稀悬浮液呈混沌流变，随流速增强会依次变为周期态和稳态。
2023-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Deterministic and stochastic behaviour of non-Brownian spheres in sheared suspensions
本文用斯托克斯动力学方法，在雷诺数为零的情况下，研究了宏观均匀剪切的中性浮力非布朗球悬浮液的动力学。我们表明，剪切悬浮液的复杂动力学可以表征为相空间中的混沌运动，并确定体积分数$ϕ$的最大李雅普诺夫指数的依赖性。在微观水平的单个粒子的记忆的损失也示出在两个横向速度分量的自相关函数。此外，在横向粒子速度的负相关性被认为是存在于较低的浓度，我们解释的基础上进行简单剪切的两个孤立的球体的动力学的效果。此外，我们计算的概率分布函数的速度波动和观察，随着增加$ϕ$，从指数到高斯分布的过渡。模拟包括非流体动力学排斥相互作用的球体之间的定性模型的表面粗糙度和其他不可逆的影响，如残留的布朗位移，这变得特别重要，每当对球体几乎接触的影响。我们调查这样一个非流体动力学粒子间力的影响，非常稀的悬浮液的颗粒示踪剂扩散系数$D$的缩放，并表明，当这种力是非常短的范围内，$D$成为成比例的$ϕ^2$为$ϕ\to 0$。相反，当非流体动力学相互作用的范围增加时，我们观察到$D$对$ϕ$的依赖性的交叉，从$ϕ^2$到$ϕ$为$ϕ\to 0$。
2001-05-21 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Shear thickening, frictionless and frictional rheologies in non-Brownian suspensions
悬浮在牛顿流体中的颗粒提高了粘度，并且通常还引起剪切速率依赖性流变学。特别是，在大固体体积分数下可能会观察到明显的剪切稠化。在最近的一篇文章（R。濑户河J.F.马里Morris和M. M.丹尼，物理学评论快报，111：218301，2013），我们已经考虑了再现实验观察到的剪切增稠行为（包括不连续剪切增稠（DST））的最小组分组。我们已经发现摩擦接触力是必不可少的，并且能够通过包括这种物理成分以及粘性润滑的模拟来再现实验行为。在这篇文章中，我们深入研究了摩擦的影响，并表示在框架中的干扰过渡。堵塞转变时的粘度发散是悬浮液流变学中的一个众所周知的现象，反映在粘度的许多经验定律中。摩擦可以影响这种发散，并且特别地，如果颗粒是摩擦的，则堵塞填充分数减少。在这里提出的物理描述中，剪切增稠是这种效应的直接结果：随着剪切速率的增加，摩擦随着更多接触的形成而越来越多地被并入，导致从大部分无摩擦流变学转变为大部分摩擦流变学。这一结果是重要的，因为它转移的重点从润滑流体力学和详细的微观相互作用的几何形状和空间约束接近堵塞过渡。
2014-09-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Quick starch guide: A perspective on shear thickening in dense non-Brownian suspensions
本文从实际流动条件出发，综述致密非布朗悬浮液剪切增稠研究的最新进展，并探讨如何将新提出的本构模型应用于管道流和斜面流等更真实场景。
2025-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Signatures of elastoviscous buckling in the dilute rheology of stiff polymers
当刚性聚合物在剪切流中翻滚时，其经历压缩粘性力，这可导致其屈曲并随着流动强度的增加而经历一系列形态转变。我们使用数值模拟来揭示这些过渡的刚性聚合物的稀悬浮液的稳定剪切流变学的影响。我们的结果同意经典的缩放布朗杆在相对较弱的流动，但离开他们以上的屈曲阈值。弹性粘性屈曲的特征包括剪切变稀的增强和法向应力差的增加。我们讨论了我们的研究结果，在刚性布朗杆和非布朗弹性纤维过去的工作，并强调了微妙的作用，热波动触发不稳定性。
2021-06-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Simulating the rheology of dense suspensions using pairwise formulation of contact, lubrication and Brownian forces
本文提出一种基于成对布朗力、接触力和润滑力的最小化颗粒模型，用于模拟稠密胶体悬浮液，再现剪切变稀和增稠行为，并在LAMMPS中实现，具有线性计算复杂度。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Particle mobility between two planar elastic membranes: Brownian motion and membrane deformation
本文研究了牛顿流体中固体颗粒在两个平行的弹性薄膜之间的运动，薄膜具有剪切和弯曲刚度。流体动力学迁移率取决于由于存储在膜中的弹性能量而导致的颗粒运动的频率。与单膜的情况下，剪切和弯曲之间的耦合存在。通常使用的近似叠加两个单膜的贡献被发现给合理的结果，只有在平行的运动，但不是在垂直方向上。我们还计算分析的膜变形所造成的运动的粒子，表明第二膜的存在减少变形。使用波动耗散定理，我们计算粒子的布朗运动，找到一个持久的亚扩散制度在中间的时间尺度。最后，我们通过边界积分模拟一个真正的扩展粒子的精度评估点粒子近似。他们被发现是在良好的协议与分析预测。
2016-05-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Physics-informed neural networks for understanding shear migration of particles in viscous flow
本文采用物理信息神经网络反演剪切诱导颗粒迁移模型参数，经Couette流验证后用于Poiseuille流实验，揭示参数随Péclet数和体积分数变化。
2023-04-23 cs.CE physics.flu-dyn
Tumbling of a Brownian particle in an extensional flow
微观物体的翻滚现象通常与剪切流有关。我们解决的问题，是否翻滚也可以发生在拉伸为主的流。为了回答这个问题，我们研究了半柔性喇叭在平面拉伸速度场中的动力学。我们表明，喇叭经历了一个随机翻滚通过折叠运动。长翻滚时间的概率分布是指数的，时间尺度随Weissenberg数呈指数增加。
2016-09-22 nlin.CD physics.flu-dyn
Shear jamming and fragility in dense suspensions
剪切引起的堵塞现象是稠密悬浮液复杂流变行为中的一个因素。这种剪切堵塞状态是脆弱的，即，它们对于与产生它们所施加的应力不相容的施加应力是不稳定的。这种特殊的流动历史依赖的应力响应是由于流动诱导的微观结构。为了研究在恒定剪切应力下实现的堵塞状态，我们对具有摩擦接触力和流体动力润滑力的非布朗粒子进行了动态模拟。我们发现明确的签名，区分这些脆弱的国家从更传统的各向同性堵塞状态。
2019-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Separation of microscale chiral objects by shear flow
我们表明，在微流体通道中的平面抛物线流动导致非运动的螺旋形细菌垂直于剪切平面漂移。净漂移的结果从优先排列的螺旋与流线，与方向，取决于螺旋的手性和剪切速率的符号。漂移与基于阻力理论的模型非常一致，并且分离是有效的（>80%）和快速的（<2s）。我们估计布朗旋转扩散对手性分离的影响，并展示了这种方法可以扩展到分离手性分子。
2010-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
A local approximation model for macroscale transport of biased active Brownian particles in a flowing suspension
运动微生物的稀悬浮液受到强烈的环境流，如海洋中的藻类，可以建模为一个人口的非相互作用，定向的活性布朗粒子（ABPs）。利用Smoluchowski方程（即空间和方向上的Fokker-Planck方程），可以描述ABPs的非平凡输运现象，如趋性和剪切诱导迁移。这项工作将Smoluchowski方程转化为输运方程，其中漂移和弥散可以进一步近似为局部流场的函数。新模型可以应用于任何全球流场，由于其局部性质，不像以前的方法，如利用广义泰勒色散理论。转换表明，整体漂移包括有偏向的运动的个别粒子的存在下的的士和剪切诱导的迁移的士的情况下。此外，它揭示了其他新的漂移和分散之间的相互作用所造成的定向动力学和被动对流扩散的ABPs。最后，该模型的性能进行评估，使用的例子回旋悬浮液，该模型被证明是最准确的偏置运动的颗粒（即的士）是弱的。
2022-01-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.flu-dyn
