From Sedimentation to Suspension: Critical Strain as a Predictor of Particle Resuspension Thresholds
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究通过实验揭示了应变是控制颗粒从沉降床到完全悬浮状态的关键参数，建立了基于体积分数的预测模型，为预测稳态和振荡流中颗粒悬浮行为提供了新工具。
2026-04-13 cond-mat.soft 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
The Einstein viscosity with fluid elasticity
我们给出了第一个修正的悬浮液粘度由于流体弹性的稀释悬浮液中的粘弹性介质中的球体。我们的微扰理论在Weissenberg数$\mathrm{Wi}=\dotγλ$中对$O(ϕ\mathrm{Wi}^2)$是有效的，其中$\dotγ$是悬浮速度梯度的典型大小，并且$λ$是粘弹性流体的松弛时间。对于剪切流，我们发现，悬浮液剪切增稠，由于在颗粒附近的应变热点的弹性拉伸，尽管事实上，相对于牛顿的情况下，颗粒内的应力降低。因此，我们认为，这是至关重要的，以正确地模拟悬浮介质的拉伸流变预测的剪切流变的悬浮液。对于单轴拉伸流动，我们纠正现有的结果在$O(ϕ\mathrm{Wi})$，并发现戏剧性的应变率增厚在$O(ϕ\mathrm{Wi}^2)$。我们验证我们的理论与完全解决的数值模拟。
2017-10-24 physics.flu-dyn
Kinematic irreversibility in surfactant-laden interfaces
不溶性表面活性剂单分子层的表面剪切粘度通常强烈地依赖于其表面压力。在这里，我们表明，一个有界单层内移动的粒子打破了低雷诺数流动的运动学可逆性。洛仑兹互等定理允许这样的不可逆性计算，而无需求解完整的非线性方程，给出了表面压力依赖的表面粘度的首阶贡献。特别是，我们表明，一个磁盘的界面边界附近的平移或旋转的经验力的方向垂直于该边界。在无界单层，耦合模式的运动也可以导致非直观的轨迹，我们说明使用的马格努斯效应的界面模拟。这种微扰方法可以扩展到更复杂的几何形状，并更一般地扩展到2D悬架。
2017-05-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multifluid tensorial equations for the flow of semi-dilute monodisperse suspensions
本文利用体积平均技术推导出适用于半稀单分散非布朗悬浮液的双流体张量方程，并通过可调微观结构参数、颗粒间相互作用闭合模型及量级分析，建立了颗粒性质、微观结构与剪切诱导迁移之间的联系。
2025-01-03 physics.flu-dyn
Interface-resolved simulations of particle suspensions in Newtonian, shear thinning and shear thickening carrier fluids
我们提出了一个数值研究的非胶体球形和刚性颗粒悬浮在牛顿，剪切变稀和剪切增稠流体采用浸没边界方法。我们考虑了一个线性库埃特配置，以探索广泛的固体体积分数（$0.1\le Φ\le 0.4$）和颗粒雷诺数（$0.1\le Re_p \le 10$）。我们报告的固体和流体相的速度和固体体积分数的分布，并表明，接近边界的惯性效应导致在固体和流体相之间的显着的滑移速度。局部固体体积分数曲线表明靠近壁的颗粒分层，其随着标称$Φ$而增加。这一特征与限制效应有关。我们计算了局部应变率的概率密度函数，并将其平均值与\cite{Chateau08}的均匀化理论估计的值进行了比较，表明在斯托克斯制度下的合理协议。局部应变率的平均值和标准差主要随固相体积分数的增加而增加，其次随$Re_p$的增加而增加。宽频谱的局部剪切速率及其对$Φ$和$Re_p$的依赖性点的局部剪切速率的平均值在估计这些非胶体复合物悬浮液的流变学的不足之处。最后，我们表明，在惯性的存在下，这些非胶体悬浮液的有效粘度偏离斯托克斯悬浮液。我们讨论了惯性如何影响的微观结构，并提供了一个缩放参数给封闭的牛顿和幂律悬浮液的悬浮剪切应力。应力闭合对于中等颗粒雷诺数$ O(Re_p)\sim 10$是有效的。
2017-11-11 physics.flu-dyn
Dynamics of the velocity fluctuations in sedimenting suspensions of rigid fibres
研究沉降纤维悬浮液中速度波动的动力学，揭示高伽利略数和低浓度下纤维聚集体的形成及流体各向异性特征。
2025-12-08 physics.flu-dyn
Getting jammed in all directions: Dynamic shear jamming around a cylinder towed through a dense suspension
本文介绍了在玉米淀粉和蔗糖-水的浓悬浮液中拖曳圆柱体的实验结果。重点放在干扰的前线，存在于这样的系统。文献集中在推，拉或剪切条件下的堵塞区域的传播独立。不同的锋面如何相互作用，以及锋面在同时产生时是否对称，这些都是未被探索的。调查这是我们的主要目标。通过当前的设置，我们能够看到圆柱体周围的连续准二维场。因此，提出了一种新的方法来产生干扰前沿，从而可以同时检查推，拉和剪切。与以前的研究一致，前传播大约两倍的速度在纵向方向相比，横向方向，这是由于一个单一的潜在的发病应变，无论从气缸的方向。虽然干扰锋表现出近乎完美的横向对称性，但存在明显的纵向不对称性。这在速度场和应变场中是明显的，并且在前传播速度和起始应变中也是可检测的。
2021-06-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Caging and fluid deformations in dense bidisperse suspensions
本文研究非布朗双分散悬浮液中颗粒笼闭、溶剂局部变形与有效黏度的关联，提出环境依赖的有效体积模型，并借助聚合物线圈—伸展转变实验验证局部应变率与体积分数的线性关系。
2024-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confined Vortex Surface and Irreversibility. 2. Hyperbolic Sheets and Turbulent statistics
我们继续研究的限制涡面（\CVS{}），我们在前面的文章介绍。对\CVS{}方程的解进行了分类，得到了稳定区域内任意背景应变本征值下速度场的解析表达式。涡流表面横截面具有四个对称双曲面的形式，在管横截面的每个象限（$x y $平面）中具有简单方程$|y| |x|^μ=1$。我们使用稀释气体近似的涡结构在湍流中，假设它们的大小是远远小于它们之间的平均距离。我们引入高斯随机背景应变为每个涡面作为一个积累的大量的小随机贡献来自其他表面很远。我们计算这个自洽的背景应变，应变的方差的能量耗散率。我们发现一个普遍的非对称分布的能量耗散。一个新的现象是涡流管在$x y$平面内的轮廓形状的概率分布。这种现象自然导致模仿的“多重分形”的速度差$v(\vec r_1) - \vec v(\vec r_2)$的时刻缩放。这些时刻有一个非平凡的依赖$n, \log |r_1 - r_2|$，近似幂律与非线性指数$ζ(n)$。我们在这里提供的粗略估计与观测到的DNS数据不匹配，这可能表明\CVS{}方程的全3D解的必要性。我们认为，这些时刻的近似关系建议在最近的一篇论文中由Sreenivasan和Yakhot是一致的\CVS{}理论。我们重新解释他们的重整化参数$α\approx 0.95$在伯努利定律$ p = - \frac{1}{2}α\vec v^2$作为一个概率，找到没有涡旋表面在空间中的一个随机…
2021-11-22 hep-th physics.flu-dyn
Rheology of periodically sheared suspensions undergoing reversible-irreversible transition
对非胶体悬浮体在循环剪切作用下的流变特性进行了数值研究。主要的发现是应变振幅（$γ_0$）依赖于响应的剪切应力和第二法向应力差（$N_2$）。具体而言，我们发现一个降低的粘度，增强的胞内剪切稀化，发病的有限$N_2$和它的频率加倍，所有附近的临界应变幅度$γ_c$的规模与体积分数$ϕ$为$γ_c \sim ϕ^{-2}$。这些流变学变化也表示可逆-不可逆转变（RIT），将频闪粒子动力学分为可逆吸收相（对于$γ_0<γ_c$）和持续扩散相（对于$γ_0>γ_c$）。我们解释的结果的基础上两个流动诱导机制，并阐明其连接的上下文中的RIT通过底层的微观结构，这往往对超均匀性附近$γ_0=γ_c$。总的来说，我们预计流变学和涌现动力学之间的这种对应关系在结构组织由体积排除主导的广泛环境中保持不变。
2022-11-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dense Suspensions in Rotary Shear
本文提出旋转剪切（RS）协议，通过数值模拟研究稠密悬浮液，发现其黏度响应与振荡剪切类似但动力学始终扩散且无可逆-不可逆转变，并引入可逆RS协议验证不可逆性来源。
2024-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A suspension of heavy Kolmogorov-size spheres suppresses the inertial cascade in homogeneous and isotropic turbulence
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
通过粒子解析直接数值模拟，研究Kolmogorov尺度球形颗粒对均匀各向同性湍流的影响，发现随颗粒惯性增加，能谱从Kolmogorov -5/3标度转变为-1标度，非线性能量传递被强烈抑制。
2026-07-03 physics.flu-dyn
Predictions of microstructure and stress in planar extensional flows of a dense viscous suspension
我们认为在粘性流体中的一个致密层的球体的拉伸流，并采用力和扭矩平衡，以确定的轨迹的颗粒对的应力。在这样做时，我们使用斯托克斯动力学模拟来指导选择遵循这样的轨迹的近接触对。我们指定的边界条件上的代表性的轨迹，并确定沿它的颗粒的分布和应力如何取决于微观结构和应变速率。我们使用数值模拟测试所得到的预测。此外，我们表明，应力张量和应变率之间的关系涉及到粒子分布函数的二阶和四阶矩。
2021-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Strain-Rate Frequency Superposition in Large-Amplitude Oscillatory Shear
在最近的一项工作中，Wessel，{ \it et.al.} [Phys. Rev. Lett.，{ \bf 98}，238303（2007）]已经注意到“软固体”在振荡剪切下的性质，即所谓的应变率频率叠加（SRFS）。我们将这项研究扩展到大振幅振荡剪切（LAOS）下的软固体的情况。我们从LAOS的研究结果在单分散的水凝胶悬浮液，水凝胶，和生物聚合物悬浮液，并表明，恒定的应变率频率扫描测量软固体可以叠加到主曲线的高次谐波模量，与{ \it相同}的移位因子的线性粘弹性模量。我们表明，在恒定应变率频率扫描测量中的低频率下的高次谐波模量的行为是类似的，在大应变振幅的应变振幅扫描测试。我们显示表面图的谐波模量和每单位体积的能量耗散率在LAOS软固体，并表明实验表明，每单位体积的能量耗散取决于第一谐波损耗模量单独，在线性和非线性粘弹性制度。
2010-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Quantification of plasticity via particle dynamics above and below yield in a 2D jammed suspension
非晶材料的失效是以耗散的出现为特征的。然而，颗粒动力学、耗散和整体材料流变学之间的联系仍然没有得到阐明。在这里，我们采取了一种新的方法有关的轨迹屈服，使用定制的界面应力流变仪，它允许测量的剪切模量（G '，G“）的一个致密的无热悬浮液的微观结构，同时跟踪颗粒轨迹进行循环剪切。我们发现，颗粒轨迹跟踪的总面积的增加，因为该系统是强调远低于远高于产量。轨迹可以分为三类：可逆弹性路径;可逆塑性路径，与光滑极限环相关;和不可逆塑性路径，其中粒子不返回到其原始位置。我们发现，上述屈服，可逆塑性轨迹主要发现附近的剪切表面，而可逆弹性路径附近的固定壁更突出。作为固体的颗粒与作为液体的颗粒之间的这种空间过渡是“熔融前沿”的特征，随着应变的增加，熔融前沿会向壁面靠近。我们引入了一个无量纲的测量塑性耗散的颗粒轨迹的基础上，线性缩放与应变幅度以上和以下的屈服，这是统一的流变屈服点。令人惊讶的是，这种关系崩溃的三个系统的不同程度的障碍。
2020-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pinch-off of viscoelastic particulate suspensions
复杂流体（例如包括溶解的聚合物和/或固体颗粒）的液滴的形成在若干工业和生物物理过程中具有实际意义。在这封信中，我们实验研究的粘弹性悬浮液，由分散在稀聚合物溶液中的非布朗球形颗粒的液滴的产生。使用高速成像，我们表征了分离的不同阶段。我们的实验表明，颗粒主要通过增加流体粘度来影响初始牛顿颈缩。在粘弹性制度，颗粒不影响变薄，直到起泡不稳定，他们加速发病。我们发现，从一种状态到另一种状态的转变（对应于聚合物链的线圈拉伸转变）在很大程度上取决于颗粒含量。考虑到刚性颗粒的存在增加了液相的变形，我们提出了一个表达式的局部应变率在悬浮液中，这合理化我们的实验结果。这种方法可以精确测量颗粒悬浮液中的局部应力。
2021-04-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hyperuniformity with no fine tuning in sheared sedimenting suspensions
存在于许多自然和工业环境中的颗粒悬浮液通常含有聚集体或其他微结构，其可使宏观流动行为复杂化并损坏加工设备。最近的研究发现，在临界转变附近施加均匀的周期性剪切可以减少所有长度尺度上的颗粒浓度波动，从而导致超均匀状态。然而，这种均匀化策略需要对应变幅度进行微调。在这里，我们表明，在一个模型中的沉积颗粒在周期性剪切，有一个明确的制度，在低沉降速度超均匀缩放自动发生。我们的模拟和理论论证表明，均匀化延伸到一个有限的长度尺度，发散的沉降速度接近零。
2018-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Effective viscosity of non-gravitactic Chlamydomonas Reinhardtii microswimmer suspensions
已知主动微泳者以比被动颗粒更复杂的方式影响悬浮液的宏观粘度。对于拉式微泳者，已经观察到粘度的增加。有人认为，持续的方向的微型游泳者阻碍了旋转，通常是由涡度。以前的研究表明，某些种类的藻类是底部重的游泳者，即它们的质量中心不在身体的中心。以这种方式，当藻类垂直于重力轴定向时，藻类影响流动的涡度。重力对涡旋的这种定向在配备有锥板几何形状的流变仪中给出。在这里，我们提出了在锥板和泰勒-库埃特细胞的粘度测量。这两种设置产生了相同的粘度增加，虽然在泰勒-库埃特细胞的引力轴是平行的涡度方向。在一个补充实验中，我们通过显微镜观察单个\textit{Chlamydomonas reinhardtii}来测试游泳方向的取向，并且不能识别优选取向，即。e.我们的特定\textit{Chlamydomonas reinhardtii}菌株不是底部重的游泳者。因此，我们得出结论，底部沉重不是粘度增加的先决条件，重力对我们的\textit{Chlamydomonas reinhardtii}菌株的流变学的影响可以忽略不计。这一发现重新提出了一个问题，即细胞取向的持久性起源是否实际上是悬浮液粘度增加的原因。
2013-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Evaporation-driven convective flows in suspensions of non-motile bacteria
我们报告了一种新的形式的对流悬浮液中的生物发光海洋细菌$Photobacterium~phosphoreum$。将这些细菌的悬浮液放在一个对空气开放的房间里，会产生持久的发光羽流，在黑暗中观察时最容易看到。这些流动与趋氧性游动细菌的经典生物对流模式惊人地相似，趋氧性游动细菌通过向上游动到空气-水界面而产生不稳定的分层，但它们是一个谜，因为所使用的$P.~phosphoreum$菌株不表达鞭毛，因此不能游动。微球悬浮液的系统实验表明，这些流动模式不是由细菌驱动的，而是由培养基蒸发导致的空气-水界面处的盐积累驱动的;即使在室温和湿度以及生理相关的盐浓度下，水蒸发的速率也足以驱动对流模式。建立了一个数学模型来理解羽流的形成机理，并进行了线性稳定性分析和数值模拟来支持结论。虽然蒸发驱动的对流尚未在生物系统的背景下进行广泛讨论，但这些结果表明，这种现象可能与其他系统有关，特别是那些使用运动有限的微生物的系统。
2017-04-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.CB
Protocol to evaluate the viscoelastic response of a polymer suspension to an active agent via oscillatory shear rheometry
本文提出了一种通过振荡剪切流变仪评估活性剂对聚合物悬浮液黏弹性响应的协议，利用游泳行为与振荡板的对应关系，实现对黏弹性特性的量化分析。
2025-12-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Flow structures govern particle collisions in turbulence
湍流的空间结构在提高悬浮液中颗粒碰撞率中的作用是一个悬而未决的问题。我们显示和量化，作为一个函数的粒子惯性，湍流和粒子碰撞的多尺度结构之间的相关性：应变区主要有助于快速迎面碰撞相比，旋涡区域。我们还发现的重要性，涡应变蠕虫卷，这超出了优先浓度的想法，并可能解释的快速增长的聚集在自然过程中，如在温暖的云开始下雨。
2019-03-26 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fluid-particle separation in a random flow described by the telegraph model
我们研究了空间平滑且时间随机的流动中两个流体粒子之间相对分离的统计数据。拉格朗日应变由电报噪声建模，电报噪声是一个平稳随机马尔可夫过程，只能取两个具有已知转移概率的值。该模型的简单性使我们能够在有限相关噪声的存在下写出粒子间距离的封闭方程。在1D中，我们能够找到解析的长时间增长率的距离时刻和高级李雅普诺夫指数，这始终是负的。我们还找到了Cramér函数的精确表达式，并表明它满足涨落关系（正负熵产生的概率），尽管应变统计的时间不可逆性。对于二维不可压缩各向同性情形，我们得到了李雅普诺夫指数（正值）和在快应变和慢应变两个相反极限下各阶矩的渐近增长率。准确定性的限制（慢应变）原来是奇异的，而一个完美的协议被发现与已知的三角洲相关的情况。
2007-08-23 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Apparent Fracture in Polymeric Fluids under Step Shear
最近的阶跃应变实验，以及缠结的聚合物液体中表现出大量的类似的现象。我们已经研究了这种不稳定性，使用现代版本的Doi-爱德华兹理论的纠缠聚合物，我们发现密切的定量协议的实验。该现象的发生是因为粘弹性液体被剪切成具有弹性本构不稳定性的橡胶态（Marrucci和Grizzuti，1983）。断裂是这种不稳定性的瞬态表现，它依赖于空间不均匀波动的放大。这种机制不同于玻璃材料和致密悬浮液中的断裂。
2013-05-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stretching and breaking of particles in compressible random flows
研究压缩随机流对颗粒拉伸和断裂的影响，揭示高压缩性流中刚性颗粒更易断裂的反直觉现象。
2025-12-09 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
