Collective behavior of strongly confined suspensions of squirmers
我们运行的数值模拟强烈限制暂停模型球形游泳者称为“蠕动”。由于约束，由粒子产生的Stokeslet偶极子很快被屏蔽，并且对于所有不同种类的蠕动体，远场流由源偶极子主导。然而，我们发现，集体行为的悬浮液仍然取决于游泳者的自我推进机制的极性状态只能观察到中性蠕动。我们证明了近场流体动力学相互作用在球形粒子取向矢量的排列中起着至关重要的作用。此外，我们指出，拟能和流体波动的主动悬架也依赖于蠕动的性质。
2016-05-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Layering Transitions and Solvation Forces in an Asymmetrically Confined Fluid
我们考虑一个简单的流体之间的两个平行的墙壁（基板），分开的距离L。壁施加竞争的表面场，使得一个壁是有吸引力的并且可以被液体完全润湿（它是亲溶剂的），而另一个是疏溶剂的。这种不对称的限制有时被称为“Janus界面”。第二堵墙是：（i）纯排斥性，因此完全干燥（接触角180度），或（ii）弱吸引性和部分干燥（接触角通常在160-170度的范围内）。在低温下，但以上的体积三相点，我们发现使用经典的密度泛函理论（DFT）的流体是高度结构化的液体部分的密度分布。在情况（i）中，发生一系列分层过渡：当L在接近本体气-液共存的固定化学势（mu）下增加时，不连续地形成新的液体状密度层。相反，限制在相同的墙壁之间，溶剂化力是排斥所有的壁分离和跳跃不连续地在每个分层过渡和过剩的大电位表现出许多亚稳态极小值作为吸附的函数。对于固定温度T= 0.56 Tc，其中Tc是体临界温度，我们确定了L，μ平面上的转变线。在情况（ii）中，我们没有发现分层过渡和溶剂化力振荡约为零。我们讨论了我们的平均场DFT结果可能会改变包括波动的影响和评论的现象，我们揭示了如何可能是相关的实验和模拟研究之间的水限制在亲水性和疏水性基板，强调区分情况（i）和（ii）是很重要的。
2014-08-29 cond-mat.soft
Margination regimes and drainage transition in confined multicomponent suspensions
一个机械理论的发展来描述在有限的多组分悬浮液，如血液中的偏析。它结合了两个关键现象在这些系统中出现在低雷诺数：流体动力学对碰撞和壁诱导迁移。在简单剪切流中，根据“边缘参数”M的值，出现几种偏析状态。最重要的是，有一个临界值的M低于一个尖锐的“排水过渡”发生：一个组件是完全耗尽从散装流附近的墙壁。直接模拟也表现出这种转变的大小或灵活性比的组件的变化。
2015-04-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamic irreversibility of non-Brownian suspensions in highly confined duct flow
本研究通过实验和Force Coupling Method模拟，探究了高度受限薄矩形通道内非布朗悬浮液在低雷诺数下的不可逆迁移行为，发现高 confinement 导致颗粒在低体积分数下仍发生显著且快速的向壁面迁移。
2023-10-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary imbibition of monodisperse emulsions in confined microfluidic channels
我们研究了单分散乳液在高度h与液滴直径d相当的低纵横比微流体通道中的吸液。对于限制比d/h = 1.2，紧密限制的盘状液滴在通道中移动更慢的平均悬浮速度相比。在驱动吸液的弯月面后面，存在无液滴区域，其通过尖锐的浓度前沿与悬浮区域分离。悬浮液表现出强烈的液滴密度和速度波动，但平均而言，悬浮域保持均匀。对于较弱的限制，d/h = 0.65，球形液滴移动速度比平均悬浮液流，导致在弯月面附近的动态不稳定的高浓度区域的形成。我们描述的宏观悬浮动力学使用线性传输方程的颗粒相通量和悬浮液通量，由当地的压力梯度。偶极粒子相互作用模型解释了观察到的大的密度和速度波动的动力学方面的细长粒子团簇具有不同的取向。
2021-02-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Correlations in suspensions confined between viscoelastic surfaces: Noncontact microrheology
本文从理论上研究了两粘弹性介质间狭缝中粘性流体的速度互相关。我们分析了这些相关性对悬浮在流体中的粒子运动的影响。约束边界的顺应性引起长程对相关，仅随粒子间距离$r$衰减为$1/r$。我们展示了如何可以使用这种远程效应来提取粘弹性的约束介质中，而不嵌入示踪粒子。我们讨论了显着的鲁棒性，这样一个潜在的技术方面的限制的细节，其预期的统计优势，超过标准的两点微观流变学。
2017-09-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning density profiles and mobility of inhomogeneous fluids
密度剖面是封闭流体中非均匀结构的最常用的测量方法，但人们对它们与输运系数的关系知之甚少。我们通过模拟探索如何调整粒子壁相互作用，以平坦化或增强模型约束流体的粒子分层影响其自扩散率，粘度和熵。有趣的是，消除颗粒分层的相互作用显着降低了受限流体的流动性，而那些增强分层的相互作用可能会产生相反的效果。过量熵有助于理解和预测这些趋势。
2008-01-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Glass transition and layering effects in confined water: a computer simulation study
利用计算机分子动力学研究了纳米孔中水的单粒子动力学。对孔进行建模以表示Vycor玻璃的孔的平均性质。动力学分析在不同的水化水平和过冷。在所有的水化水平和所有的温度下，由于基材的强亲水性，观察到分层效应。在室温下，时间密度函数已经显示出与德拜和拉伸指数行为的强烈偏离。无论是在降低水化水平和过冷时，我们发现的功能，可以相关的笼效应典型的过冷液体经历动力学玻璃化转变。然而，模式耦合理论所预测的行为只能通过对密度衰减器进行适当的壳分析来观察。来自基底的前两层内的水分子在环境温度下已经处于玻璃态（结合水）。剩余的分子子集（自由水）经历动力学玻璃化转变;密度衰减因子的弛豫与理论的主要预测一致。根据我们的数据，我们可以预测自由水的结构停滞温度。
2000-10-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-monotonic Rheology and Stress Heterogeneity in confined Granular suspensions
该研究系统探究边界约束对稠密颗粒悬浮液剪切增稠流变的影响，发现高受限条件下的非单调流动曲线，结合原位应力观测揭示其与应力非均质性的关联，为调控悬浮液流变特性提供了新思路。
2024-05-29 cond-mat.soft
Emergent Synchronization and Defect Dynamics in Confined Chiral Active Suspensions
通过大规模流体动力学模拟，研究中等雷诺数下受限扭矩驱动粒子悬浮液的自组织：二聚体结晶、倾斜同步，极性指向矢形变并成核±1拓扑缺陷，揭示纯流体动力学同步路径及缺陷介导动力学。
2025-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Long-range dynamic correlations in confined suspensions
已知被限制在液体填充的线性通道中的颗粒之间的流体动力学相互作用被屏蔽超过与通道宽度相当的距离。使用一个简单的分析理论和格子玻尔兹曼模拟，我们表明，流体动力学筛选定性修改时，考虑到随时间变化的响应和有限的可压缩性的主机液体。受限液体中的扩散压缩模式使颗粒具有无界范围的速度关联，其振幅仅随时间衰减为$t^{-3/2}$。
2010-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Dense bidisperse suspensions under non-homogenous shear
本研究探究三维双分散悬浮液在正弦扰动叠加线性剪切的非均匀流中的流变行为，发现流向扰动可通过相分离降低黏度，揭示了振幅、波数的调控作用及全流动曲线下机制的稳定性。
2023-10-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamical density functional theory for the diffusion of injected Brownian particles
虽然一个单一的布朗粒子在受限的几何形状的扩散理论是行之有效的，现在，我们在这里讨论的理论框架，必要的推广扩散理论的稠密悬浮液的强相互作用的布朗粒子。经典布朗粒子的动力学密度泛函理论（DDFT）是实现这一目标的理想工具。在概述了DDFT的基本成分后，我们表明它可以很容易地应用于具有时间依赖性颗粒源的流动悬浮液。粒子的相互作用导致相当大的分层的平均密度分布，一个功能，是不存在的平凡的情况下，无相互作用，自由扩散的粒子。如果粒子注入速率以合适的频率随时间周期性地变化，则预测平均粒子密度分布的分层中的共振。
2014-09-08 cond-mat.soft
Object Transport by a Confined Active Suspension
本文通过二维数值模拟研究了受限活性悬浮液中圆形物体的输运行为，揭示了物体与容器壁之间的吸引或排斥机制及持续传播现象，展示了利用简单活性代理实现复杂任务的潜力。
2022-11-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Self-organisation of auto-phoretic suspensions in confined shear flows
本研究通过连续介质动力学模型模拟，探究受限剪切流中趋化性Janus泳动粒子稀悬浮液的动力学，揭示了受限驱动的一维瞬态稳态分布特征及稳定性，并分析了粒子对流动的反馈与悬浮液有效黏度。
2023-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effects of Counterions on Nano-confined DNA Thin Films
DNA分子旋涂在无定形石英基板上，形成稳定的薄膜。沿膜深度的电子密度分布（EDPs）表明，从DNA的水溶液制备的膜表现出分层的分子在三个堆栈平行于基板，而从counterweight添加的溶液制备的膜没有分层，但具有较小的厚度和增强的表面粗糙度，虽然这两种膜具有“液体样”的高度高度的相关性。我们解释了这些结果由一个模型的膜的“液体”包括棒状分子在液体中的反离子浓度决定的杆长。
2014-04-03 cond-mat.soft
Rheology of confined non-Brownian suspensions
本文采用直接数值模拟方法研究了平面库埃特流中中性浮力刚性单分散球受限悬浮液的流变特性。我们发现，如果通道的宽度是球体直径的（小）整数倍，则球体自组织成彼此滑动的二维层，并且悬浮液的有效粘度显著降低。每个二维层被发现在结构上是液体状的，但它们的动力学在时间上是冻结的。
2015-06-29 cond-mat.soft
Mechanism of margination in confined flows of blood and other multicomponent suspensions
流动的血液显示出一种称为边缘化的现象，其中白细胞和血小板优先在血管壁附近发现，而红细胞从这些区域耗尽。在这里边际研究使用直接流体动力学模拟的二元悬浮液的硬（S）和软（F）胶囊，以及一个随机模型，该模型结合了悬浮液中的关键粒子传输机制-壁诱导的流体动力学迁移和剪切诱导的对碰撞。随机模型允许直接评估这两种机制的相对重要性，从而表明边缘化（至少在稀释情况下）很大程度上是由于均相（例如s-s）和非均相（s-f）碰撞的微分动力学造成的
2012-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Collective dynamics and rheology of confined phoretic suspensions
类似于它们的生物学对应物，化学活性自泳游泳者的悬浮液表现出非平凡的动力学，涉及自组织过程作为粒子间相互作用的结果。使用动力学模型的自趋化Janus颗粒的稀悬浮液，我们分析了这些集体行为和趋化聚集的有效粘度的活性流体的影响的一个封闭的压力驱动流的效果。四个动态制度时，确定增加的强度施加的压力驱动的流，每一个与不同的集体行为产生的竞争流和化学诱导的重新定向的游泳者一起限制。有趣的是，我们观察到，推动器的效果（分别为。拉料器）流体动力学特征，已知这会降低（相应地，增加）剪切悬浮液的有效粘度，在出现自趋化聚集时反转。我们的研究结果提供了新的见解集体动力学在复杂的环境中，这是相关的合成以及生物系统的作用。
2022-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Rheology of bacterial suspensions under confinement
作为活性流体的典型模型，细菌悬浮液显示出与其对应的胶体悬浮液截然不同的有趣的流变响应。尽管大量细菌悬浮液的流动已经被广泛研究，但限制下的细菌悬浮液的流变学尚未被实验探索。在这里，使用微流控粘度计，我们系统地测量稀E的流变性。大肠杆菌悬浮液在不同程度的限制。我们的研究揭示了一个强大的限制效应：细菌悬浮液的粘度大幅下降时，限制规模是可比的或小于细菌的运行长度。此外，我们还研究了剪切流中细菌悬浮液的微观动力学，包括速度分布，细菌密度分布和单个细菌的动力学。这些测量使我们能够构建一个简单的启发式模型的基础上的边界层的上游游泳的细菌附近的限制壁，定性地解释了我们的实验观察。我们的研究揭示了集体细菌运动的边界层对受限细菌悬浮液流动的影响。我们的研究结果提供了一个基准测试不同的流变学模型的活性流体，是有用的了解有限的几何形状中的微生物的运输。
2019-06-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Globally aligned states and hydrodynamic traffic jams in confined active suspensions
强约束的活性液体受到独特的流体动力学相互作用，由于动量屏蔽和润滑摩擦的限制壁。通过数值模拟，我们证明了Hele-Shaw几何中前后非对称极泳运动员的二维稀悬浮液可以表现出丰富多样的新相行为，这些行为取决于粒子的形状，包括：全局对齐的相干极化密度波、静止星状体、持续的反向旋转涡旋、密度激波和稀疏波.我们还解释了这些现象，使用线性稳定性分析和非线性交通流模型，均来自平均场动力学理论。
2013-07-24 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Bi-axial shear of confined colloidal suspensions: the structure and rheology of the vorticity-aligned string phase
利用一种新型的双轴共焦流变仪，我们研究了约束条件下剪切胶体悬浮液的结构和流变性。与以前的工作一致[X. Cheng \textit{et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.}，2011，109，63]，我们在单轴剪切下在中等浓度的胶体悬浮液中观察到涡旋对齐的弦相。使用双轴剪切协议，我们直接操纵的字符串结构的方向和形态。同时，我们使用双轴力测量装置测量了沿流动和涡度方向的悬浮液流变学。我们的研究结果表明，尽管高度各向异性的微观结构，悬浮液粘度保持各向同性和恒定的剪切速率探索。这些结果表明，流体动力学的贡献占主导地位的悬浮液响应。此外，他们强调双轴共焦流变仪的能力，阐明复杂流体的微观结构和流变学之间的关系。
2013-05-31 cond-mat.soft
Velocity oscillations in confined channel flows of concentrated colloidal suspensions
利用快速共聚焦显微镜，在单粒子水平上研究了玻璃微通道中浓胶体的压力驱动流动。对于通道与颗粒尺寸比$a/\bar{D} \lesssim 30$，悬浮颗粒的流速显示波动。对于更高的约束（$a/\bar{D} \simeq 20$），这些转变成规则振荡。我们提出的证据链接这些振荡与溶剂和颗粒（渗透）的相对流量和剪切增稠的约束效果。
2008-06-27 cond-mat.soft
Shear Excitation of Confined Colloidal Suspensions
我们表明，几何约束显着影响的剪切诱导的配置致密的单分散胶体悬浮液;出现一种新的结构，颗粒层屈曲堆叠在一个更有效的包装。剪切区中的体积分数由粘性应力和未剪切颗粒的接触储层的渗透压之间的平衡控制。我们提出了一个模型，占我们的意见，并有助于阐明复杂的相互作用之间的颗粒包装和剪切应力限制悬浮液。
2004-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Near-field Hydrodynamics Disentangles Angular Correlations in Confined Active Suspensions
The University of Tokyo（东京大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）
该研究结合实验与流体动力学模拟，发现受限莱茵衣藻悬浮液的粒子间关联由偶极与夹带两种解耦流体动力学模式的竞争决定，揭示了受限活性物质时空关联的流体动力学起源。
2026-08-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Inhomogeneous Diffusion in Confined Colloidal Suspensions
本研究通过共聚焦显微镜实验与计算机模拟，定量分析了粗糙壁受限胶体悬浮液的动力学性质，揭示了非均匀扩散等受限印记并探究了表面粗糙度的影响，推进了对受限流体动力学的理解。
2025-04-29 cond-mat.soft
Pattern selection in radial displacements of a confined aging viscoelastic fluid
由于界面扰动的不稳定增长而产生的复杂流体驱替模式可以由流体粘弹性和表面张力驱动。由于悬浮液微观结构的自发形成，软玻璃态悬浮液老化，$i.e.$其机械模量随时间演变。老化悬浮液的剪切和时间依赖性流变学可用于在其被牛顿流体驱替期间产生各种各样的界面图案。使用视频成像，我们报告了一个丰富的阵列的界面图案形态：致密的粘性，树枝状，粘弹性断裂，花形，锯齿状和稳定的，在混溶和不混溶的位移的老化胶体粘土悬浮液的牛顿流体注入到一个径向准二维几何形状在不同的流速。我们提出了一个新的参数，面积比，我们定义为充分发展的图案面积归一化的最小圆包围it.We表明，面积比的自然曲线唯一识别不同的图案形态，使每个图案可以隔离在一个三维相图跨越的悬浮液老化时间，驱替液的流速，和界面张力的面积比。除了基本的兴趣，我们的研究结果是有用的预测和控制界面的生长过程中流体位移。
2022-03-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Slow dynamics in cylindrically confined colloidal suspensions
我们研究了限制在玻璃微毛细管内的双分散胶体悬浮液，以模拟受限圆柱几何形状中的玻璃化转变。我们使用高速三维共聚焦显微镜观察颗粒运动的体积分数和管半径的范围很广。保持体积分数不变，我们发现颗粒在较薄的管中移动较慢。管壁诱导颗粒迁移率的梯度：颗粒在管壁附近移动得相当慢。这表明，约束引起的玻璃化可能是由于界面效应。
2012-09-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Capillary ordering and layering transitions in two-dimensional hard-rod fluids
本文计算了两条硬线间二维硬棒流体的表面相图。在第一阶段中，我们研究的半无限系统组成的各向同性流体与一个单一的硬线接触。我们已经发现完全润湿的柱状相在壁各向同性流体界面。当流体被限制在两个硬壁之间时，通过一级相变发生毛细管柱有序化。对于更高的化学势的系统表现出分层过渡，即使是非常窄的狭缝（接近一维极限）。所使用的理论模型是基于基本测量泛函的密度泛函理论，该基本测量泛函在限制取向近似（Zwanzig模型）中应用于硬矩形流体。这里提出的结果可以在实验中检查由杆制成的二维颗粒介质，其中由外部源引起的垂直运动和排除的颗粒之间的体积相互作用允许系统探索那些熵最大化包装配置的定态。我们声称，这里发现的一些表面现象可以存在于二维颗粒介质流体。
2007-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shear thickening in densely packed suspensions of spheres and rods confined to few layers
我们调查有限的剪切增稠悬浮液的样品厚度是可比的颗粒尺寸。流变测量提出了密集包装的悬浮液的球体和杆的纵横比为6和9。通过在恒定剪切速率下沿剪切梯度的方向改变悬浮液厚度，我们发现应力的明显振荡。随着间隙尺寸的减小，这些振荡变得更强，并且当样品厚度与整数个颗粒层相称时，应力最小化。尽管这种约束诱导的效果，粘度曲线显示剪切增稠，保持散装行为下降到样品薄至两个粒径的球体，低于该悬浮液堵塞。棒表现出与颗粒宽度相称的类似行为，但当厚度减小到低于约颗粒长度时，它们表现出额外的效果，因为它们被迫对齐;应力在固定剪切速率下随着间隙尺寸的减小而增加，而剪切增稠机制逐渐过渡到牛顿缩放机制。这种削弱的剪切增稠作为一个有序的配置接近对比剪切增稠的加强时，填充分数增加在无序的散装限制，尽管事实上，这两种类型的限制最终导致堵塞。
2010-03-22 cond-mat.soft
Stochastic thermodynamics of a confined colloidal suspension under shear flow
基于布朗动力学模拟，我们研究了剪切流作用下受限胶体悬浮体系非平衡定态的热力学特征。具体来说，我们考虑一个薄膜组成的带电粒子在窄缝孔限制，形成两个层的二次面内结构的平衡。这个多体系统显示出三种不同的稳态，其特征在于独特的动力学和流变学响应所施加的剪切流。计算功和热，我们发现这两个量通过它们的平均值和分布来表示不同的状态。一个特别有趣的情况发生在大的剪切速率，其中颗粒执行集体之字形运动。在这里，我们发现一个双稳态的粒子运动的相位同步的程度。事实证明，这种双稳态是理解整体平均功分布的关键。对于所有的状态，我们比较的工作和热分布的有效的单粒子系统。通过这一点，我们的目标是识别随机热力学量的多体特征。
2018-09-06 cond-mat.soft
Fluid Flows Created by Swimming Bacteria Drive Self-Organization in Confined Suspensions
已知游动微生物和其他形式的活性物质的浓缩悬浮液在比单个能动单元大的尺度上显示复杂的、自组织的时空模式。尽管进行了深入的实验和理论研究，但仍不清楚游泳细胞产生的流体动力学流动（而不是它们之间的纯粹空间相互作用）在多大程度上驱动了自组织。本文利用最近发现的\textit{B. subtilis}受限悬浮液中的螺旋涡态来详细研究这一问题。这些实验表明，如果薄圆柱形腔室中的约束半径低于临界值，则悬浮液将自发地形成由反向旋转的细胞边界层包围的稳定的单涡旋状态，其中涡旋内具有螺旋细胞取向。然而，螺旋漩涡中鞭毛的方向以及细胞的游动方向还不清楚。在这里，使用一个快速的模拟方法，捕捉定向细胞和细胞流体相互作用的离散颗粒系统的极小模型，我们预测的惊人的，违反直觉的结果，在集体产生的流体运动的存在下，螺旋涡流内的细胞实际上游泳上游对这些流量。这是证实了新的实验报告在这里，其中包括测量鞭毛束的方向和细胞跟踪的自组织状态。这些结果突出了微生物浓缩悬浮液中细胞取向和流体动力学流动之间的复杂相互作用。
2014-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Brownian Dynamics of Confined Suspensions of Active Microrollers
我们发展了有效的数值方法来进行多体布朗动力学模拟最近观察到的指进不稳定性在一个活跃的悬浮胶体辊沉积在墙上[M。德里德尔湾Delmotte，M. Youssef，S. Sacanna，A. Donev和P. Chaikin，Nature Physics，2016，doi：10.1038/nphys3970]。我们提出了一个随机的Adams-Bashforth积分的布朗动力学方程，它具有相同的成本，但更准确地比广泛使用的Euler-Maruyama计划，并使用随机有限差分捕获的随机漂移成比例的配置相关的迁移率矩阵的发散。我们使用Krylov方法生成布朗增量，并表明，对于被限制在重力或活动流的无滑壁附近的粒子，迭代次数与粒子的数量无关。我们的数值实验与主动辊表明，热波动设置的特征高度的胶体以上的壁，无论是在初始条件和随后的演变主导的主动流。特征高度又控制着指进不稳定性发展的时间尺度和波长。
2017-03-14 cond-mat.soft
Untangling superposed double layer and structural forces across confined nanoparticle suspensions
受限复杂流体中的力的描述仍然存在许多挑战，这是由于不同贡献的可能重叠。在这里，试图解开整个纳米粒子悬浮液的带电表面之间的相互作用。使用胶体探针原子力显微镜测量相互作用力。实验力剖面被认为是双层和结构力的叠加。为了独立地描述双电层力的衰减，悬浮液的离子强度通过电解电导率测量来确定。采用Jelvis近似来定义流体对屏蔽表面势的影响。在那里，纳米颗粒被认为均匀地分布在流体中，并且仅通过颗粒抗衡离子和添加的盐进行筛选。由于纳米颗粒在两个表面接近时逐层排出，结构力遵循阻尼振荡轮廓。振荡结构力的描述是扩展的耗尽层旁边的限制表面，没有纳米粒子存在。耗尽层的厚度与带电纳米颗粒从带相同电荷的表面的静电排斥有关。结果表明，总的力分布是相互独立的力的叠加，没有任何相互影响。使用这个相当简单的模型描述了完整的实验确定的相互作用力的轮廓非常好，从表面分离的几百纳米到表面几乎接触。
2021-01-05 cond-mat.soft
Brownian Dynamics of Fully Confined Suspensions of Rigid Particles Without Green's Functions
我们引入了一个刚体波动浸没边界（RB-FIB）方法进行大规模的布朗动力学模拟的刚性粒子的悬浮液在完全封闭的域，而不需要显式地构建格林函数或迁移率运营商。在RB-FIB方法中，离散化的波动Stokes方程求解与规定的边界条件结合刚体浸没边界法离散任意形状的胶体颗粒与无滑移或主动滑移规定在其表面上。我们设计了一个专门的Split-Euler-Maruyama时间积分器，它使用随机有限差分的组合来捕获过阻尼Langevin方程中出现的随机漂移。在这项工作中提出的RB-FIB方法只解决流动性问题，在每个时间步使用预处理的迭代求解器，并具有计算复杂性，线性缩放的粒子和流体网格单元的数量。我们证明了RB-FIB方法正确地再现了Gibbs-Boltzmann平衡分布，并使用该方法来检查的时间关联函数的两个球体紧密限制在一个长方体。我们模拟了一个准-二维胶体晶体限制在一个狭窄的微通道和流体动力学驱动整个相称的周期性基板电位模仿波纹壁的效果。我们观察到部分和全部脱钉的胶体单层从衬底电位高于一定的壁速度，符合从静态到动态摩擦通过传播扭结孤子的过渡。出乎意料的是，我们发现最接近域边界的粒子首先被移位，其次是域中间的粒子。
2019-01-18 cond-mat.soft
Spontaneous Circulation of Confined Active Suspensions
在生物学中遇到的许多活动流体系统都被设置在总几何约束中。植物细胞中的细胞质流是一个突出且普遍存在的例子，其中携带货物的分子马达沿着聚合物细丝移动并产生连贯的细胞尺度流动。当细丝不固定到细胞周边，在体内和体外发现的情况下，我们观察到的基本动力学的流是密切相关的非运动应力悬浮液。在此模型下，它表明，禁闭使一个稳定的循环状态成为可能;线性稳定性分析揭示了自发自循环的活动阈值。长时间行为的数值分析揭示了一种类似于缺陷分离的现象，在双折射液晶，和一个高活性的分岔振荡制度。
2013-01-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
Confined flow of suspensions modeled by a frictional rheology
本文基于Boyer等人最近提出的摩擦流变学理论，详细研究了中性浮力非布朗悬浮液的受限压力驱动的层流问题，2011.摩擦系数和固体体积分数是无量纲粘性数I的函数，粘性数I定义为流体剪切应力与颗粒法向应力之比。我们澄清的贡献的接触和流体动力学相互作用之间的摩擦系数的演变稀和密制度减少唯象本构描述的三个物理参数。我们还建议将这一本构律从流动状态扩展到完全堵塞状态。给出了槽道和管道中充分发展流动的摩擦悬浮流变学解析解。在适当重新定义无量纲数I后，其结果可以转置到干颗粒流。的预测是在良好的协议与现有的实验结果，当使用的本构参数的值获得独立的应力控制流变测量。特别是，摩擦流变学正确地预测了从Poilluille到活塞流的转变以及伴随的颗粒迁移与入口固体体积分数的增加。我们数值求解了从通道/管道的入口到完全发展状态的流动的轴向发展。现有的实验数据与我们的预测吻合得很好。通过求解悬浮液的轴向流动，可以定量地估计悬浮液在管道中的入口长度效应。发展长度的解析表达式封装在整个范围内的流动条件从稀到密的数值解。
2014-09-19 cond-mat.soft
Hydrodynamics of Suspensions of Passive and Active Rigid Particles: A Rigid Multiblob Approach
我们开发了一个刚性多泡方法数值求解流动性问题的被动和主动的刚性粒子的形状复杂的斯托克斯流在无约束，部分限制，完全限制的几何形状。在一些现有的方法，我们离散刚体使用的最小分辨率的球形斑点的集合约束移动作为一个刚体，到达一个潜在的大的线性方程组的未知拉格朗日乘子和刚体运动。在这里，我们开发了一个块对角预处理这个线性系统，并表明，一个标准的Krylov求解收敛在一个适度的迭代次数，基本上是独立的粒子的数量。对于无界悬浮液和悬浮液沉积对一个单一的无滑移边界，我们依赖于现有的分析表达式的Rotne-Prager张量结合快速多极方法或直接求和的图形处理单元，以获得一个简单而有效的和可扩展的实现。对于完全封闭的领域，如周期性的悬浮液或限制在狭缝和方形通道的悬浮液，我们扩展了最近开发的刚体浸没边界方法，自由移动的被动或主动刚性粒子在零雷诺数悬浮液。我们证明了耦合流体和刚体方程的迭代求解器收敛在一个有界的迭代次数，无论系统的大小。我们优化了一些参数的迭代求解器，并将我们的方法应用到各种基准问题，仔细评估作为分辨率的函数的刚性multiblob方法的准确性。我们还模拟了最近实验中研究的胶体颗粒的动力学，例如狭缝通道中的被动回飞棒，以及一对靠墙沉积的非布朗活性纳米棒。
2016-11-20 cond-mat.soft
Large Scale Brownian Dynamics of Confined Suspensions of Rigid Particles
介绍了大尺度布朗动力学（BD）模拟方法，模拟了许多任意形状的刚性颗粒悬浮在波动的流体中。我们的方法增加了布朗运动的刚性multiblob方法的成本可比的确定性模拟的成本。我们表明，我们可以有效地产生确定性和随机位移的许多粒子使用预处理Krylov迭代方法，如果内核的方法，有效地计算的行动的Rotne-Prager-Yamakawa（RPY）流动矩阵和它的“平方”根是可用于给定的边界条件。我们解决了一个主要的挑战，在大规模的BD模拟，捕捉随机漂移项，因为配置相关的流动性。与广泛使用的Fixman中点方案不同，我们的方法利用随机有限差分，不需要解决阻力问题或计算RPY迁移率矩阵的平方根倒数的作用。我们构建了两个时间方案，这是可行的大规模模拟，欧拉-丸山牵引计划和梯形滑移计划，最大限度地减少流动性解决每个时间步的数量，同时捕获所需的随机漂移项。我们验证和比较这些方案的数值模拟悬浮的回旋镖形状的颗粒附近的底壁沉积。使用梯形方案，我们调查的稳态主动运动在一个密集的悬浮液中的限制微辊，其高度以上的壁设置的热噪声和主动流的组合。我们发现存在两个群体的活性粒子，较慢的接近底部和更快的上面，并证明我们的方法提供了定量的准确性，即使相对粗糙的分辨率的粒子几何形状。
2017-11-17 cond-mat.soft
Local influence of boundary conditions on a confined supercooled colloidal liquid
我们研究受限的胶体悬浮液作为一个模型系统，它近似的行为受限的小分子玻璃形成。当被限制在平行玻璃板之间时，致密的胶体悬浮液变得更加玻璃化。我们使用共聚焦显微镜来研究受限胶体颗粒的运动。特别是，我们研究的影响颗粒粘在玻璃板上附近的自由粒子。限制似乎是主要的影响，减缓自由粒子的运动，并接近卡住的粒子导致二次减少的自由粒子的流动性。总的来说，颗粒迁移率在样品室的宽度上是相当恒定的，但是边界条件的强烈不对称性导致颗粒迁移率的轻微梯度。
2010-06-30 cond-mat.soft
Phoretic and hydrodynamic interactions of weakly-confined autophoretic particles
受光粒子利用其表面自生的物理化学梯度进行自我推进。在悬浮液中，它们通过使周围的流体运动来进行流体动力学相互作用，并通过改变其邻居所看到的化学背景来进行化学作用。虽然大多数泳动系统由于浮力效应在密闭环境中发展，但大多数模型都专注于无界流中的相互作用。在这里，我们提出了第一个模型的相互作用的泳动粒子在Hele-Shaw限制，并表明，在这个限制，流体动力学和泳动相互作用不仅共享相同的缩放，但也有相同的形式，虽然在相反的方向。从本质上讲，我们表明，泳相互作用有效地扭转的相互作用，将获得纯粹的流体动力学相互作用的游泳运动员的迹象。然而，流体动力学相互作用不能被忽略，因为它们显著地影响相互作用的大小。然后，该模型用于分析悬架的行为。悬浮液表现出漩涡和集群集体模式决定的粒子之间的取向相互作用，类似于流体动力学游泳者，但在这里由泳动粒子的表面性质;反转的相互作用的迹象往往会减慢游泳运动的粒子。
2019-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Influence of the solid fraction on the clogging by bridging of suspensions in constricted channels
当颗粒悬浮液流过封闭系统时，就会发生堵塞。堵塞的形成通常与通道横截面的减小相关。在这项研究中，我们考虑的堵塞桥接，即，通过在阻碍颗粒向堵塞物下游输送的收缩处形成稳定的颗粒拱。为了表征悬浮液的体积分数对堵塞动力学的作用，我们研究了颗粒悬浮液通过3D打印的毫流体装置的流动。我们系统地描述了非布朗粒子在准二维系统中的桥接，在该系统中，我们直接可视化和跟踪粒子，因为它们流动并在收缩处形成拱形。我们报告堵塞的条件时，不同的收缩宽度，粒径比为不同浓度的悬浮液中的颗粒桥接。然后，我们讨论了我们的结果，使用随机模型合理化的固体分数的堵塞概率的影响。了解堵塞物形成的机理和条件是优化工程设计和开发更可靠的点胶系统的重要一步。
2022-08-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active Sculpting: morphodynamics of internally stirred active vesicles
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）
本研究结合理论与数值模拟，分析包裹伸展型活性粒子悬浮液的弹性囊泡的形态动力学，揭示其随活性阈值变化涌现的多种形态态，为研究活性囊泡相互作用及探测悬浮液活性提供新途径。
2026-10-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A minimal model for a hydrodynamic fingering instability in microroller suspensions
我们推导出一个最小连续模型，以研究最近在地板附近的微辊悬浮液中发现的指进不稳定性背后的流体动力学机制[Drivel et al. Nature Physics，2016]。我们的模型，由两条连续的线的rotlets，表现出线性不稳定性驱动的流体动力学相互作用，并再现在大尺度粒子模拟和实验中观察到的lengthscale选择。通过调整只有一个参数，两条线之间的距离，我们的色散关系表现出定量的模拟和定性的协议与实验测量。我们的线性稳定性分析表明，这种不稳定性是由附近的无滑动表面的微辊产生的平流和横向流的组合。我们简单的模型提供了一个有趣的形式主义，以表征其他流体动力学不稳定性，尚未得到很好的理解，如尺寸尺度的选择，在悬浮液中的颗粒附近的壁沉积，或最近观察到的形成的旅行声子在系统中的限制驱动粒子。
2017-09-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Emergent clusters in strongly confined systems
Northwestern University（西北大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）
研究强约束下驱动悬浮液中大尺度密度波动的形成机制及实验验证
2026-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Anomalous hydrodynamic interaction in a quasi-two-dimensional suspension
本文研究了悬浮在水中的微米级颗粒在两个平板之间的相关布朗运动。粒子之间的流体动力学相互作用表现出三个异常。(i)横向耦合是负的，即，当垂直于它们的连接线移动时，颗粒相互施加“反阻力”。(ii)粒子间的相互作用随着粒子间距离r为1/r^2而衰减，比在无约束悬浮液中衰减得快，但比在单壁附近衰减得慢。(iii)在实验精度范围内，在大的距离下，对相互作用与浓度无关。因此，封闭的悬浮液提供了一个不寻常的例子，长程，但基本上成对的相关性，即使在高浓度。这些影响所示的单粒子运动引起的流的二维偶极形式。
2004-06-22 cond-mat.soft physics.chem-ph
Hydrodynamic shocks in microroller suspensions
我们结合实验，大规模的模拟和连续模型来研究相干结构的出现在悬浮液的磁驱动microrollers附近的地板沉积。集体流体动力学效应在该系统中占主导地位，导致强烈的密度-速度耦合。我们描述了一个均匀的悬浮液，并表明，密度波在各个方向上自由传播的色散方式。当在悬浮液中引入急剧的密度梯度时，我们观察到激波的形成。与Burgers在其他主动和驱动受限流体动力学系统中观察到的类似激波的结构不同，我们系统中的激波阵面具有明确的有限宽度，并且与平均悬浮速度相比移动迅速。我们介绍了一个连续体模型表明，有限宽度的前是由于远场非局部流体动力学相互作用和受一个几何参数：平均颗粒高度以上的地板。
2017-08-30 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Relaxation back to equilibrium after cessation of shear for confined colloidal bilayers
本文用布朗动力学的计算机模拟方法研究了两块平行平板之间的带电胶体悬浮液的结晶双层，并通过两块平板的相对运动进行剪切。电荷稳定的悬浮液是由汤川对潜在的建模。未剪切平衡构型是两个具有嵌套的二次面内结构的晶体层。对于增加的剪切速率$\dot γ$，我们发现以下的稳定状态：首先，有一个静态的固体是弹性剪切，直到达到屈服应力极限。然后，有两个晶体层在彼此的顶部滑动与注册程序。更高的剪切速率熔化结晶双层，甚至更高的剪切速率导致在剪切方向上分层的重入固体。这种定性的情况是类似的，发现在以前的批量模拟。然后，我们研究了松弛的剪切稳定状态回到平衡后，瞬时停止剪切，并发现一个典型的松弛时间作为剪切速率$\dot γ$的函数的非单调行为。特别是，高剪切速率的应用加速了驰豫回到平衡，因为剪切有序促进了平衡晶体的生长。这种机制可用于从强烈剪切的悬浮液中生长无缺陷的胶体晶体。我们的理论预测可以在强约束带电悬浮液的实际空间实验中得到验证。
2005-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrodynamics of confined active fluids
我们从理论上描述了限制在薄液膜中的游动种群的动力学。我们首先证明了封闭游泳者之间的流体动力学相互作用仅取决于它们的形状，并且独立于它们特定的游泳机制。我们还表明，由于与墙壁的摩擦，限制游泳者不重新定向，由于流动梯度，但流场本身。然后，我们量化的后果，这些微观的相互作用规则的大规模流体力学的各向同性人口。我们详细研究了它们的稳定性和由此产生的相行为，突出了与传统的主动，三维悬浮液的差异。两类极地游泳者根据其几何极性而被区分。第一类产生的相干定向运动在所有尺度，而对于第二类，我们预测自发形成的相干集群（群）。
2012-08-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Exploring the role of hydrodynamic interactions in spherically-confined drying colloidal suspensions
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）；Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）
研究干燥球形液滴中胶体粒子分布，采用动态密度泛函理论和粒子模拟，发现流体动力学相互作用显著增强浓度梯度，但界面边界条件对分布影响不大，DDFT在自由排水情况下表现良好，但在高浓度下失效，需改进两体密度相关函数的近似。
2025-01-23 cond-mat.soft
Dynamics and Rheology of Vesicle Suspensions in Wall-Bounded Shear Flow
结合分子动力学和介观流体动力学模拟，研究了流体囊泡或红细胞悬浮液的动力学和流变学。囊泡悬浮液被限制在两个非滑动壁之间，其被外部驱动以产生具有剪切速率$\dotγ$的剪切流。的流动行为进行了研究作为$\dotγ$，囊泡的体积分数，和内部和外部流体之间的粘度对比的函数。两个囊泡的相遇和相互作用，悬浮液的特性粘度，以及壁附近的无细胞层的结果。
2013-04-03 cond-mat.soft
Zonal flows and reversals of cortically confined active suspensions
本研究结合共聚焦实验与活性粒子模拟，揭示O/B/O双乳液滴薄球壳内大肠杆菌在高密度高活性下产生方位角纬向流及顺逆时针反转，并由填充分率–活性相空间阐明几何诱导的新型集体动力学。
2023-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.CB
Hopper flows of dense suspensions: a 2D microfluidic model system
本研究提出一种二维微流控装置，通过原位光刻制造颗粒并利用 Quake 阀压实，实验研究了稠密悬浮液在漏斗通道中的流动，发现其恒定排出速率与类似 Beverloo 标度规律，并验证了堵塞统计规律。
2025-01-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multiscale Analysis of a Kinetic Model of Confined Suspensions of Self-Propelled Rods
本文通过多尺度分析严格论证了受限自驱动棒动力学模型的合理性，建立系统适定性，并在平动扩散消失的奇异极限下从经典动力学系统导出该约化模型，为受限活性物质的微观动力学与宏观壁面累积现象提供数学桥梁。
2025-08-21 cond-mat.soft math.AP
