Non-Newtonian hydrodynamics for a dilute granular suspension under uniform shear flow
本文研究了低密度气固悬浮液中的零热流密度稳态剪切层流流动（通常称为“均匀剪切流”）。固体颗粒被建模为气体的光滑硬球与非弹性碰撞，而周围的间隙流体对颗粒的动力学的影响被建模的体积阻力的装置，在悬浮液的流变模型的上下文中。该模型是通过三个不同的，但互补的路线，其中两个是理论（格拉德矩法适用于相应的玻尔兹曼方程和一个精确的解决方案的动力学模型适用于颗粒悬浮液）和其他计算（蒙特卡罗模拟的玻尔兹曼方程）。与以往的研究颗粒剪切悬浮液，我们包括在我们的格拉德的解决方案中的非线性项的应力张量的碰撞时刻与动量转移。这种理论上的改进使我们能够检测和评估垂直于层流的平面内的法向应力差。此外，动力学模型的精确解给出了速度分布函数的速度矩的显式形式。我们的理论和数值计算结果之间的比较表明，在一般的非牛顿流变特性，峰度（第四速度矩的分布函数）和速度分布的动力学模型相当强的非弹性和不太大的值（缩放）摩擦系数表征粘性阻力的良好协议。这表明我们的分析结果的准确性，使我们能够详细描述的颗粒悬浮液的流动动力学与零热通量在整个文件。
2015-11-10 cond-mat.soft
Hole dynamics in vertically vibrated liquids and suspensions
我们研究了垂直振动的稠密悬浮液和粘性牛顿液体中产生的空穴的动力学。我们发现，所有的孔振荡的驱动频率，与相移$π/2$。在牛顿液体中，空穴总是闭合的，而在悬浮液中，空穴可能会随着时间的推移而增长。我们提出了一个润滑模型的孔的封闭，这是在牛顿液体中的实验符合得很好。悬浮液中生长孔的生长速率与粒径和悬浮液粘度成正比。将牛顿液体中的闭孔与稠密悬浮液中的长孔进行比较，我们发现前者是正弦的线性响应，而后者是高度非线性的响应。此外，振荡的对称性被打破，并显示提供了一个解释的观察，在稠密的悬浮液中的孔可以增长。
2013-12-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Exact results for non-Newtonian transport properties in sheared granular suspensions: inelastic Maxwell models and BGK-type kinetic model
本文通过非弹性麦克斯韦模型和BGK型动理学模型，精确求解了剪切颗粒悬浮液的非牛顿输运性质，揭示了温度与粘度随应变率的S形不连续剪切增稠现象，并随质量比增大而增强。
2024-02-23 cond-mat.soft
Newtonian coalescence in colloidal and non-colloidal suspensions
悬垂液滴和固着液滴的聚结过程是由液桥的形成和演化来区分的。桥半径$R$以$R\sim t^b$形式演化，幂律指数$b$表示主导力。在这项工作中，我们实验探索的现象，在子类的复杂流体，即胶体和非胶体悬浮液，具有颗粒流体动力学相互作用的粘弹性的起源。我们的观察结果表明，这种流体具有流动相关的变薄响应与有限的弹性剪切流，但在拉伸流可以忽略不计。在此基础上，将$b=0.5$的牛顿普适性推广到这些稀化流体。此外，我们加强了这些意见，通过理论模型开发采用Ostwald-de Waele本构关系。最后，我们利用这个理论模型来检验广义牛顿流体中是否存在阻滞聚结。
2022-12-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Active suspensions have non-monotonic flow curves and multiple mechanical equilibria
我们指出了非常规的机械性能的限制活性流体，如细菌悬浮液，剪切。使用一个极小模型，没有自由参数的活性液晶，我们预测存在的细菌浓度的窗口，有效的悬浮液的\textit{E.~Coli}的行为，在稳态下，作为一个负粘度流体，并达到定量与实验测量的协议。我们的理论分析进一步表明，一个负的表观粘度是由于一个非单调的局部速度分布，并与一个非单调的应力-应变率流动曲线。这意味着，固定应力和固定应变率合奏是不等价的活性流体。
2019-10-05 cond-mat.soft
Transition from viscous to inertial regime in dense suspensions
非布朗悬浮液呈现出从零剪切极限下的牛顿行为到大剪切速率下的剪切增稠行为的转变，其中任何一个都是迄今为止不清楚的。在这里，我们进行了数值模拟，这样的非热稠密悬浮液剪切下，在施加围压。这种设置在概念上与Boyer及其同事最近的实验相同[Phys. Rev. Lett. 107，188301（2011）]。改变间隙流体的粘度，我们恢复牛顿和Bagnoldian制度，并表明它们对应于耗散为主的粘性和接触力分别。我们表明，这两个流变制度可以统一作为一个单一的无量纲数的函数，通过添加在一个给定的体积分数的耗散的贡献。
2012-09-04 cond-mat.soft
Irregular Motion of a Falling Spherical Object Through Non-Newtonian Fluid
物体通过非牛顿流体的下落是一个有趣的问题，这取决于流体流变学的细节。在本文中，我们报告了球形物体通过两种非牛顿流体：Laponite和头发凝胶的沉降。已经报道了下落物体在通过合成粘土Laponite的触变性胶体悬浮液时的行为具有许多行为状态。在这里，我们报告观察到一个新的制度，观察到不规则的运动。我们认为，这种不规则的运动可以解释为混沌的发病。这种状态的观察取决于下落球体的大小、流体的弛豫时间和悬浮液中颗粒的浓度。凝胶（一种屈服应力聚合物流体）中的类似实验没有揭示这种行为。
2011-08-17 cond-mat.soft
Spreading of graphene oxide suspensions droplets on smooth surfaces
本文通过实验和理论研究了氧化石墨烯悬浮液滴在光滑表面上的最大铺展直径，利用Herschel-Bulkley模型确定特征粘度，并建立能量平衡模型，该模型在不同浓度下均与实验和文献数据吻合良好。
2024-08-12 cond-mat.soft
Orientational dynamics and rheology of active suspensions in weakly viscoelastic flows
本文研究弱粘弹性剪切流中微型游泳者悬浮液的取向动力学与流变学，发现活性粘弹性应力改变 Jeffery 轨道，pusher 型游泳者可抵抗旋转，且活性与弹性响应显著放大游泳者诱导粘度，使超流态在更低体积分数下出现。
2023-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Stress analysis of dilute particle suspensions in non-Newtonian fluids with efficient evaluation in the weakly non-Newtonian limit
Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学机械与航空航天工程学院）；Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, Cornell University（康奈尔大学罗伯特·弗雷德里克·史密斯化学与生物分子工程学院）
本文提出了一种半解析框架，用于计算稀释粒子载流非牛顿流体中的悬浮应力，适用于弱非牛顿极限下的各种流体。
2025-12-23 cond-mat.soft math-ph math.MP
Revisiting ignited-quenched transition and the non-Newtonian rheology of a sheared dilute gas-solid suspension
本文以各向异性麦克斯韦分布函数为单粒子分布函数，分析了剪切作用下由非弹性硬球组成的气固稀悬浮体的流体力学和流变学。得到了颗粒温度和二阶矩张量的三个不变量随Stokes数（$St$）、平均密度（$ν$）和恢复系数（$e$）的变化的封闭解.当斯托克斯数小时，发现高温和低温的多个状态，从而分别恢复Tsao I & Koch（J. Fluid Mech.，1995年）。相图是在三维（$ν, St, e$）空间中构建的，该空间描绘了点燃态和淬灭态及其共存的区域。的颗粒相剪切粘度和法向应力差的解析表达式，以及淬火和点燃状态的相关标度关系。在任何$e$下，剪切粘度随着剪切速率的增加而经历不连续的跳跃（即~不连续的剪切增稠）。第一个（${\mathcal N}_1$）和第二个（${\mathcal N}_2$）正应力差也经历了类似的一级转变：（i）随着$St$的增加，${\mathcal N}_1$从大的正值跳跃到小的正值，（ii）随着${\mathcal N}_2$从正值到负值，${\mathcal N}_2$的符号变化与系统从淬灭状态到点燃状态的转变相一致。优越的预测本理论的标准格拉德的方法和Chapman-Enskog解决方案证明通过比较的传输系数与模拟数据的范围内的斯托克斯数和恢复系数。
2017-06-14 cond-mat.soft
Deformation upon impact of a concentrated suspension drop
我们研究了板和一滴非胶体固体颗粒悬浮在牛顿液体中的影响，特别注意的情况下，当颗粒的体积分数，$ϕ$，是接近-甚至超过-的临界体积分数，$ϕ_c$，在该悬浮液的稳定有效粘度发散。我们使用特定的浓度方案以及准确测定每滴的$ϕ$，并测量不同液体粘度、冲击速度和颗粒尺寸的变形$β$。在低体积分数下，发现$β$密切遵循有效的牛顿行为，我们通过记录高粘度牛顿液滴的低变形极限和表征我们悬浮液的有效剪切粘度来确定。相比之下，尽管有效牛顿方法预测$β$在$ϕ_c$处消失，但对于$ϕ>ϕ_c$观察到有限变形。这种有限变形仍然由悬浮液粘度控制，并随着颗粒尺寸的增加而增加，这表明颗粒相的粘性是接近和高于$ϕ_c$的耗散过程的关键因素。
2020-03-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Giant deviation of a relaxation time from generalized Newtonian theory in Discontinuous Shear Thickening suspensions
研究了玉米淀粉在水中的非连续剪切增稠悬浮液的瞬态弛豫。我们进行了2种类型的松弛实验，从平行板流变仪中的稳定剪切开始，然后停止顶板旋转并测量瞬时扭矩松弛，或者去除板上的扭矩并测量瞬时工具旋转。我们发现，在低重量分数$ϕ_{eff}<58.8\pm0.4\%$，悬浮液表现出的松弛行为与广义牛顿流体一致。然而，对于更大的重量分数$58.8\% < ϕ_{eff} < 61.0\%$，接近液-固转变$ϕ_c=61.0\pm0.7\%$，我们发现弛豫行为不同于广义牛顿模型。在此范围内的弛豫时间与剪切增稠开始时的临界剪切速率的倒数成比例。在此范围内的弛豫时间是相同的应力和速率控制的实验，而不是从弛豫时间计算的粘度，这是预计在广义牛顿模型中的固有材料参数。测量的弛豫时间和广义牛顿预测之间的差异被发现是高达$10^4$，和外推发散的极限$ϕ_c$的广义牛顿预测接近0。在最高权分数下，测量的弛豫时间尺度为$\sim 1$ s的量级。这个时间尺度是肉眼可以分辨的，这一事实对于理解这些系统中常见的一些动态现象可能很重要。我们还表明，使用临界剪切速率$\dotγ_c$在剪切增稠的开始，以表征有效的重量分数，可以更精确地表征材料性能附近的临界点$ϕ_c$，使我们能够解决这个过渡如此接近$ϕ_c$。
2017-11-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Localized Stress Fluctuations Drive Shear Thickening in Dense Suspensions
分散在牛顿流体中的固体颗粒的机械响应表现出广泛的非线性现象，包括粘度\cite{1-3}随着应力的增加而急剧增加。如果固相的体积分数是中等高的，悬浮液将经历连续剪切增稠（CST），其中悬浮液粘度随着施加的剪切应力平稳地增加;在更高的体积分数下，悬浮液可以显示不连续剪切增稠（DST），其中粘度在增加施加的应力时突然改变几个数量级。提出的模型来解释这种现象是基于两种不同类型的粒子相互作用，流体动力学\cite{2,4,5}和摩擦\cite{6-10}。在这两种情况下，体积粘度的增加归因于某种形式的局部聚集\cite{11,12}。然而，这些异质性的物理性质和动力学行为仍然不清楚。在这里，我们表明，连续的剪切增稠源于动态本地化定义良好的区域的颗粒具有高粘度，随着浓度迅速增加。此外，我们发现，这些区域的空间范围在很大程度上取决于剪切面之间的距离。我们的研究结果表明，连续剪切增稠产生越来越频繁的本地化的不连续过渡共存的低粘度和高粘度牛顿流体相之间。我们的研究结果提供了一个关键的物理联系之间的微观动力学过程，确定颗粒之间的相互作用和剪切增稠流体的体流变响应。
2017-02-08 cond-mat.soft
Microscopic mechanism for the shear-thickening of non-Brownian suspensions
我们提出了一个简单的模型，支持接触动力学模拟以及流变学和摩擦测量，链接从连续到不连续的剪切增稠致密颗粒状糊状物中的颗粒接触不同的润滑制度的过渡。我们确定了一个本地索末菲数，确定从牛顿的剪切增稠流的过渡，然后表明，悬浮液的体积分数和边界润滑摩擦系数控制的剪切增稠过渡的性质，无论是在模拟和实验。
2013-08-05 cond-mat.soft
Turning bacteria suspensions into a "superfluid"
在大范围的剪切速率和浓度下，测定了大肠杆菌活性悬浮液在简单剪切下的流变学响应。得到了表征剪切下细菌组织的有效粘度和时间尺度。在稀释状态下，我们提供了低剪切牛顿平台的证据，其特征是剪切粘度随着浓度的增加而降低。在半稀释状态下，对于特别活跃的细菌，悬浮液显示出“超流体”样的过渡，其中对剪切的粘性阻力消失，从而表明宏观上，由剪切组织的推动游泳者的活动能够完全克服由于粘性损失引起的耗散效应。
2015-03-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Microstructure and thickening of dense suspensions under extensional and shear flows
稠密悬浮液是非牛顿流体，其表现出强烈的剪切增稠和法向应力差。通过对拉伸和剪切流动的数值模拟，我们研究了流变特性是如何由流动下建立的微观结构和颗粒之间的相互作用决定的。通过施加拉伸和剪切流，我们可以评估的程度下，上述增厚制度的流型依赖。即使当流动类型的依赖性受到阻碍，非耗散的反应，如正常的应力差，是存在的，并解释了非牛顿行为的稠密悬浮液。
2017-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rheological properties of a dilute suspension of self-propelled particles
详细的微观模型的自推进游泳者，我们推导出这样的颗粒在小Peclet数的稀悬浮液的流变特性。它示出，除了爱因斯坦的贡献的有效粘度，这是成比例的游泳者的体积分数，由于自推进粒子的活动的贡献影响的粘度。由于游泳者的活动，当颗粒是推进器（拉动器）时，有效粘度将低于（高于）悬浮介质的粘度。这种活性依赖性的贡献也将导致悬浮液以法向应力差的形式的非牛顿行为。
2014-08-19 cond-mat.soft
A unifying mechanism to explain the rate dependent rheological behavior in non-Brownian suspensions: One curve to unify them all
我们提出了一个统一的机制的基础上的Stribeck曲线的颗粒之间的摩擦系数捕捉剪切稀化-牛顿平台-剪切增稠-剪切稀化流变行为在低-中间-超过临界-高剪切速率，分别为一个典型的致密的非布朗悬浮液。我们建立的模型的准确性，通过比较数值计算结果与实验数据。非DLVO（Derjaguin和Landau，Verwey和Overbeek）的力量和摩擦系数的存在下，减少与粗糙变形解释的存在下，牛顿平台在中等剪切速率和第二剪切稀化制度，在高剪切速率，分别。
2020-11-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Permeability heterogeneity and bulk linear elasticity of displaced clay suspensions determine interfacial pattern morphologies in Hele-Shaw experiments
本研究通过添加剂调控黏土悬浮液力学性能，在Hele-Shaw槽置换实验中发现两种新型界面传播机制，揭示了弹性、剪切稀化等对界面图案的影响，为调控受限置换过程的界面不稳定性提供了有效策略。
2025-09-06 cond-mat.soft
Microscopic flows of suspensions of the green non-motile Chlorella micro-alga at various volume fractions: applications to intensified photo bio reactors
对绿色非运动小球藻在平面微通道内的流动进行了实验研究。根据细胞体积分数的值，观察到三种不同的流动状态。对于低的细胞体积分数值的牛顿流制度，其特征在于由Poietille像流场，没有壁滑移和流体动力学可逆性的流动状态观察。对于中间值的细胞体积分数，流量分布是一致的Poiffille流的剪切稀化流体在存在滑移在通道的壁。对于甚至更大的细胞体积分数，屈服应力一样的行为表现通过一个中心的固体塞的存在下观察到。除牛顿流区外，流动具有很强的流体动力学不可逆性和壁面滑移，根据测得的流场计算壁面剪切速率和壁面应力，可以确定剪切变稀区和屈服应力区壁面滑移的机理。
2016-03-16 cond-mat.soft
Non-Newtonian rheology in inertial suspensions of inelastic rough hard spheres under simple shear flow
从Boltzmann动力学方程出发，研究了非弹性粗糙硬球惯性悬浮体在简单剪切流作用下的非牛顿输运性质。粗糙硬球上的间隙气体的影响是通过一个Fokker-Planck广义方程旋转球占的平移和旋转自由度的晶粒与背景粘性气体的耦合建模。广义Fokker-Planck项是线性$\mathbf{v}$和角$\boldsymbolω$速度空间中两个普通Fokker-Planck微分算子之和。通常，每个Fokker-Planck算子由阻力项（与$\mathbf{v}$和/或$\boldsymbolω$成比例）加上根据背景温度$T_\text{ex}$定义的随机朗之万项构成。波尔兹曼方程通过两种不同但互补的方法求解：（i）通过Grad矩法，以及（ii）使用适用于非弹性粗糙硬球的Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）型动力学模型。如发生在\emph{smooth}非弹性硬球的情况下，我们的研究结果表明，温度和非牛顿粘度急剧增加，而第四度的速度矩也表现出$S$形状的剪切速率（不连续剪切增稠效应）的增加。特别是，虽然高水平的粗糙度可能会稍微衰减的跳跃的粘度相比，光滑的情况下，相反的情况下发生的旋转温度。作为这些结果的应用，线性稳定性分析的稳定的简单剪切流的解决方案也进行了显示，有稳定的解决方案成为线性不稳定的参数空间的区域。
2020-07-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetic theory of discontinuous shear thickening for a dilute gas-solid suspension
本文发展了一个简单剪切作用下稀相气固悬浮体系的动力学理论。借助于相应的Boltzmann方程，发现流动曲线（应力-应变率关系）具有S形，对于颗粒悬浮液，它是从牛顿流体到Bagnoldian流体的交叉，对于由弹性颗粒组成的悬浮液，它是从牛顿流体到粘度与剪切速率的平方成正比的流体的交叉。流动曲线中S形的存在直接导致了剪切增稠的不连续。该DST对应于动力学温度在淬火状态和点燃状态之间的不连续转变。对硬球的事件驱动Langevin模拟结果与理论结果完全一致，不需要任何拟合参数。模拟证实了DST发生在均匀剪切态的线性不稳定区域。
2019-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonlinear rheology of Laponite suspensions under an external drive
研究了合成粘土Laponite胶体悬浮体在均匀剪切应变作用下的非线性流变行为。我们表明，外部驱动器导致急剧放缓的老化动力学，甚至在某些情况下，在振兴的系统。在剪切下，在令人惊讶的长时间后，在静止时观察到的自发老化过程被抑制。然后，系统达到非平衡稳定状态，其特征在于取决于所施加的剪切速率的复数粘度。此外，玻璃表现出非牛顿剪切稀化行为。这些流变行为证实了最近的数值和理论预测。
2003-03-24 cond-mat.soft
Mechanical aging and non-linear rheology of concentrated colloidal suspensions: experimental facts and simple models
许多胶体系统在浓缩时表现出非常非牛顿的和固体状的行为，一个显著的特征是屈服应力的出现。在回顾了胶体颗粒之间相互作用的一些基础知识之后，我提出了一些在这些系统中常见的实验事实：老化和非线性流变学。一个简单的唯象模型，然后介绍，其中的局部状态的系统是由一个单一的标量参数，流动性。我继续在这些系统中的一些异构流的意见。这些笔记并不打算成为一个全面的评论，读者是直接为进一步阅读的参考
2003-03-20 cond-mat.soft
Saffman-Taylor instability in a non-Brownian suspension: finger selection and destabilization
本文研究了注入空气的非布朗悬浮液中的Saffman-Taylor不稳定性。我们发现，在Hele-Shaw细胞的流动结构可以描述的有效粘度取决于体积分数。当这个粘度被用来定义的不稳定性的控制参数，牛顿流体的经典手指选择恢复。然而，当单元厚度减小到低于约10个晶粒尺寸时，该图像就失效了。颗粒的离散性质也起着决定性的作用，在早期观察到的手指不稳定。晶粒在界面处产生与晶粒尺寸成比例的扰动，因此可以被认为是“受控噪声”。由Bensimon等人早先提出的有限振幅不稳定机制允许将这种扰动与不稳定阈值的实际值联系起来。
2007-06-21 cond-mat.soft
Fingering instability of a suspension film spreading on a spinning disk
通过流动显示实验研究了悬浮液薄膜在旋转圆盘上的铺展及伴随的接触线不稳定性。临界半径的不稳定性的发病显示出的颗粒分数（$ϕ_{p}$）的增加，然后略有下降，在研究的最高值$ϕ_{p}$的增加，而不稳定波长（$λ$）表现出非单调的依赖性。在较低的$ϕ_{p}$下，$λ$的值接近于部分润湿液体的值，它随着$ϕ_{p}$的增加而减小到最小值，然后在最大值$ϕ_{p}$处再次增加。根据Cook { \it et al.}推导的悬浮液薄膜方程的线性稳定性分析，讨论了$λ$的非单调趋势。[载有颗粒的薄膜的线性稳定性，Eur.物理学杂志：规格顶部{ \bf 166}，77（2009）]和Balmforth { \it等人} [粘塑性膜的表面张力驱动指进，J. Non Newtonian Fluid Mech. { \bf 142}，143（2007）]。
2016-06-09 cond-mat.soft
Inertial active harmonic particle with memory escape induced by viscoelastic suspension
该研究通过求解非马尔可夫动力学，发现黏弹性悬浮液的记忆时间尺度增加时，弹性束缚主导谐波陷阱，导致惯性活性粒子未达稳态即逃逸；活性持续时间增加则粒子被陷阱捕获。
2024-02-08 cond-mat.soft
Active suspensions of bacteria and passive objects: a model for the near field pair dynamics
近场流体动力学相互作用是必不可少的，以确定许多重要的新兴行为观察到的主动悬浮液，但尚未成功地建模至今。在这项工作中，我们提出了一个有效的模型，能够有效地捕捉近场流体动力相互作用的本质，数值验证的教学模型系统组成的E。大肠杆菌和球形示踪剂。所提出的模型有效地捕捉所有的细节，近场流体动力学通过只有一个张量系数的阻力，这是根本不同的，因此不能被取代，一个有效的相互作用的保守性。在一个关键的测试情况下，研究散射角的细菌示踪剂对动力学，计算的基础上提出的模型揭示了一个区域的参数空间中的细菌被困的球形示踪剂，一种现象，经常在实验中观察到，但不能解释任何现有的模型。
2020-02-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viscous resuspension of non-Brownian particles: determination of the concentration profiles and particle normal stresses
我们进行本地测量的剪切速率和颗粒分数研究粘性再悬浮在非布朗悬浮液。将分散在较轻牛顿流体（Triton X100）中的PMMA球形颗粒的悬浮液在垂直库埃特池中剪切。在Shields数为10 - 3 ~ 1的范围内，测量了颗粒体积分数的垂向分布，并推导了颗粒正应力沿颗粒体积分数涡量方向的变化规律。
2019-07-03 cond-mat.soft
Weakly adhesive suspension shows rate-dependence in oscillatory but not steady shear flows
我们报告的非胶体颗粒悬浮液中的牛顿溶剂在40%的固体体积分数的流变测量。在振荡剪切（OS）流中发现了一个异常的、频率依赖的复数粘度，而在稳态剪切（SS）流中在相同的剪切速率下发现了一个恒定的动态粘度。我们发现，这种矛盾产生于OS和SS之间的微观结构差异，介导的弱粒子间的力量。代理颗粒悬浮液的离散元模拟证实了这一假设，并揭示了粘附诱导的剪切变稀机制，仅在OS中具有-1/5的斜率，与实验一致。
2020-06-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Growth kinetics of interfacial patterns formed by the radial displacement of an aging viscoelastic suspension
当一个软的玻璃状胶体悬浮液被取代的牛顿流体在径向Hele-Shaw几何，图案形态，在界面处的发展是由前者的复杂流变学。我们曾在早期的工作报告[帕拉克，V。S. Parmar，D. Saha和R. Bandyopadhyay，JCIS Open，6（2022）100047]，通过控制驱替悬浮液的弹性、驱替流体的流速和流体对的界面张力，可以形成一系列界面图案。有趣的是，所有不同的形态特征可以区分在他们的面积比，定义为充分发展的模式和最小的圆包围it. In一个显着的进步，这一早期的工作所占的面积的比率，我们在这里表明，时空模式的增长的系统研究可以揭示有关模式选择机制的重要信息。我们分析的图案的时间演变，揭示有趣的相关性，其生长机制和充分发展的形态。我们相信，这种系统的识别的独特的时间特征之间的界面上的老化粘弹性粘土悬浮液和牛顿流体的图案生长的特征可以是有用的预测和抑制的发病和发展的界面不稳定性的泥浆和水泥浆的位移。
2022-10-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viscous-inertial transition in dense granular suspension
当惯性增加时，颗粒悬浮液呈现从斯托克斯极限中的牛顿流变学到Bagnoldian流变学的转变。可以在压力或体积施加模式下运行的定制流变仪用于检查接近堵塞的致密状态下的这种转变。通过改变系统的间隙液，剪切速率，和包装分数在体积施加的测量，我们表明，过渡发生在斯托克斯数为10独立的包装分数。使用压力施加流变仪，我们调查是否可以统一的惯性和粘性制度作为一个单一的无量纲数的函数的基础上应力加和性。
2022-02-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Generalized hydrodynamics of a dilute finite-sized particles suspension: Dynamic viscosity
我们提出了一个介观流体动力学描述的胶体悬浮液的动力学。我们认为该系统作为一个气体的布朗粒子悬浮在牛顿热浴受到固定的非平衡条件施加的速度场。利用已有的研究结果，在该领域通过广义Fokker-Planck方程，我们得到了一组耦合微分方程的局部扩散电流和总应力张量的演变。我们发现，系统的动态剪切粘度包含的贡献所产生的有限尺寸的颗粒。
2006-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Influence of Inter-Layer Exchanges on Vorticity-Aligned Colloidal String Assembly in a Simple Shear Flow
牛顿流体中的硬球是胶体悬浮体所表现出的非牛顿材料现象的范例。最近的实验研究（Cheng等人，2011 Science，333，1276）表明，在向这样的系统施加剪切时，颗粒形成在涡度方向上排列的弦状结构。我们探索这种失衡组织的机制与转向过渡路径采样，这使我们能够偏置布朗贡献的近对粒子的旋转，并以受控的方式改变悬浮液的动力学。我们的结果表明，弦结构和旋转动力学之间有很强的相关性。具体来说，模拟表明，加速紧密粒子对的旋转，而不是增加它们的频率，有利于弦的形成。这种洞察力描绘了流体力学，布朗运动和颗粒包装的作用，并反过来，通知控制大规模颗粒结构的组装的设计策略。
2013-10-04 cond-mat.soft
Non-Equilibrium Fluidization of Dense Active Suspension
本研究针对游动细菌稠密悬浮液，发现非热涨落的个体与集体行为一致、活性悬浮液黏度下降且玻璃态特征消失，复剪切模量呈幂律流变，揭示细菌活性驱动系统向临界堵塞态演化的非平衡流化机制。
2024-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Spreading of granular suspensions on a solid surface
我们研究了非布朗球悬浮在固体基底上的牛顿液体中的悬浮液的传播。我们表明，传播动力学是很好地描述了经典的Cox-Voinov定律提供的流体粘度的值，出现在毛细管数的问题被调整到一个值，这取决于颗粒的大小和体积分数在一个非平凡的方式。我们证明，这种行为是一个签名的能力的颗粒接近接触线足够接近影响耗散。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Frustrated run and tumble of swimming E-coli bacteria in nematic liquid crystals
在许多情况下，细菌在复杂的环境中移动，例如在土壤，海洋或人类肠道微生物组中。在这些自然环境中，载液如粘液或生殖液显示出与非牛顿流变学相关的复杂结构。由于自然环境的固有复杂性，关于在这种环境中航行的能力的许多基本问题仍然没有解决。近年来，游动细菌与液晶的相互作用引起了人们的广泛关注。在这些结构化流体中，细菌运动的动力学受到液晶（或指向矢场）的取向分子顺序的约束，并且新颖的时空图案产生于这种取向约束以及与拓扑缺陷的相互作用。到目前为止，一个尚未解决的问题是细菌如何能够在这样的环境中改变游泳方向。本文研究了单个细菌E.大肠杆菌，被限制为沿着局限于平面单元的溶致发色液晶（LCLC）的指向矢场移动。在这样的环境中，细菌自发的奔跑和翻滚运动受到阻碍：液晶的弹性阻止鞭毛散开。有趣的是，为了改变方向，细菌沿着指向矢场执行反向运动，由单个鞭毛重新定位到细菌身体的另一侧驱动，被称为受挫翻滚。我们利用双色拉格朗日跟踪技术获得的游泳过程中细菌和鞭毛动态的特殊空间和时间分辨率，对这种现象进行了详细的实验表征。我们提出了一个可能的机制背后的挫折运行和翻滚运动，占这些意见。
2022-06-21 cond-mat.soft
Non--Newtonian viscosity of interacting Brownian particles: comparison of theory and data
最近的第一性原理的方法来致密的胶体悬浮液的非线性流变学的评估和剪切系统接近其玻璃化转变的模拟结果进行比较。预测的情况下，一个普遍的过渡之间的玻璃和非牛顿（剪切变稀）流体流动的屈服的结构动力学似乎很好地遵守，和简化模型内的计算合理化的数据在剪切速率和粘度的变化高达30年。
2002-10-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Second Newtonian branch of salt-free aqueous xanthan solutions
我们研究黄原胶水溶液的剪切速率高达约105 s-1。在这些剪切速率下，无盐溶液显示出第二个牛顿分支。取决于黄原胶的浓度，我们发现两个不同的制度与标度法众所周知的零粘度的稀和半稀颗粒溶液：交叉浓度是相当高的比在第一个牛顿分支，这可以是相关的取向的聚电解质。在第二种状态下，法向应力差以约为1的指数增加，表明聚合物溶液的行为类似于非线性液晶或刚性纤维悬浮液。在第一个区域，指数较小，表明聚电解质表现得更灵活
2018-06-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phase-separation during sedimentation of dilute bacterial suspensions
本文实验研究稀释 E. coli 悬浮液中球形胶体沉降，发现颗粒与细菌双前沿及浓度依赖规律，并提出可统一实验数据的活性流体沉降现象学模型。
2022-08-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Enhancement of bacterial rheotaxis in non-Newtonian fluids
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文通过实验、数值模拟与理论建模研究非牛顿剪切稀化流体中近壁大肠杆菌的趋流性，发现其逆流游动较牛顿流体增强一个数量级，并揭示扭矩对齐机制。
2024-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Stress relaxation in a dilute bacterial suspension: The active-passive transition
我们分析了稀释的细菌悬浮液的时间依赖性非线性流变学（例如E。大肠杆菌）的一对冲动开始的线性流动-简单剪切和单轴拉伸。流变学由细菌取向分布决定，其满足动力学方程，该动力学方程包括由施加的流动引起的旋转，以及通过旋转扩散和翻滚而松弛至各向同性。相关的无量纲参数是Peclet数$Pe\equiv \dotγτ$和$τD_r$，Peclet数决定了流动诱导取向各向异性的重要性，$τD_r$量化了两种内在取向去相关机制（翻滚和旋转扩散）的相对重要性。这里，$τ$是表现出奔跑-翻滚动力学的细菌的平均奔跑持续时间，$D_r$是细菌的固有旋转扩散率，而$\dotγ$是施加的速度梯度的特征幅度。动力学方程的解决方案是使用频谱伽辽金法数值获得的，并在整个范围内的$Pe$产生相关的流变性能。对于简单剪切，我们在小$Pe$下的分析预测的应力松弛与Lopez等人（2015）的实验观察结果非常一致。然而，在大$Pe$上的分析产生了性质上不同的弛豫。实验中的流变学响应对应于从小$Pe$的主动游泳者的近各向同性悬浮到大$Pe$的被动杆的明显（近）各向同性悬浮的过渡。相比之下，计算产生了预期的过渡到一个几乎流动对齐悬浮被动刚性棒在高$Pe$。我们探测这种主动-被动过渡系统，补充数值解与解析解从适当的基态微扰展开。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Nonequilibrium dynamical structure of a dilute suspension of active particles in a viscoelastic fluid
在这项工作中，我们研究了线性粘弹性流体中的活性颗粒的稀悬浮液的数密度波动的动力学。我们提出了一个模型的活性粒子的频率依赖性的扩散系数，它捕获的效果，旋转扩散的持久性，他们的自我推进的运动和介质的粘弹性。利用脉动流体力学，推导了主动悬架的线性化方程，并由此计算了其动态结构因子和相应的中间散射函数。对于一个麦克斯韦型流变模型，我们发现一个复杂的依赖这些功能上的参数，表征的粘弹性的溶剂和活性的颗粒，这可以显着偏离那些被动颗粒的惰性悬浮液和主动悬浮液在牛顿溶剂。特别是，在某些区域的参数空间中，我们发现在某些波数的中间散射函数的振荡的出现，这代表的标志的非平衡粒子活动的动态结构的悬浮液，也编码的介质的粘弹性。
2022-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active turbulence in shear-thinning fluid
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Fudan University（复旦大学）；Xiamen University（厦门大学）
本研究实验探究了非牛顿流体剪切稀化效应对密集细菌悬浮液中细菌湍流的影响，发现高浓度下该效应被显著抑制，并利用修正的Resistive Force Theory理论验证了细菌间相互作用破坏聚合物链排列是导致抑制的原因。
2026-10-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
From Clarkia to Escherichia and Janus: the physics of natural and synthetic active colloids
活性胶体是从其环境中吸收自由能并利用该能量进行内在非平衡活动（如生长、复制和自我推进运动）的颗粒悬浮液。活性胶体的一个明显的例子是细菌的悬浮液，如大肠杆菌，它们的物理尺寸几乎总是在胶体范围内。合成的自推进颗粒最近也变得可用，例如双面或Janus，通过在其表面上的不同化学反应驱动自泳运动而推进的颗粒。在这些讲座中，我给一个教学介绍的物理学的单粒子和集体性质的活性胶体，重点是自我推进。我将比较和对比“游泳者”悬浮液中的现象与被动粒子悬浮液的行为，在被动粒子悬浮液中只有布朗运动（由罗伯特·布朗在野花{ \it Clarkia pulchella}花粉的颗粒中发现）是相关的。我将特别关注与使用这些活性颗粒悬浮液进行实验有关的问题，例如如何确定悬浮液的游泳速度分布，并包括一个附录，以指导物理学家开始培养能动细菌。
2013-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Aging under Shear: Structural Relaxation of a Non-Newtonian Fluid
本文用动态光散射法测定了外加剪切场对老化胶体悬浮液动力学的影响。虽然从未观察到一个稳定的状态，两个不同的非平衡制度之间的慢动力学交叉尽快结构弛豫时间接近逆剪切速率。在剪切为主的制度（在高剪切速率值）的结构弛豫时间被发现是强烈敏感的剪切速率，而老化进行在一个非常缓慢的速度。剪切的密度自相关函数的详细形状上的效果定量描述假设的结构松弛过程中产生的异构叠加的许多松弛单元，每个独立耦合到剪切与时间尺度的平行组成规则。
2004-06-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Fake $μ$s: A cautionary tail of shear-thinning locomotion
通过液体推进是许多微生物生命周期的关键组成部分，无论是在发育，感染还是仅仅寻找营养物质。在与生物医学相关的系统中，这种推进力通常是通过聚合物悬浮液来实现的，聚合物悬浮液赋予流体复杂的非牛顿特性，例如剪切稀化和粘弹性行为。由于三维非牛顿模型的复杂性，二维波动推进最近被广泛研究，作为获得这些系统的物理直观的一种手段。然而，虽然流线，游泳速度和游泳者轨迹在2D和3D牛顿计算中惊人地相似，但非牛顿流体中的行为取决于流动导数，例如剪切速率，这是完全不同的。以剪切稀化为例流变学，在生理粘液等生物液体中普遍存在，这种交流表明，如果不考虑这种差异，可能会误导我们对3D非牛顿游泳的理解。
2017-08-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of concentrated suspension of fibers with load dependent friction coefficient
本研究通过直接数值模拟，发现接触应力和载荷相关摩擦主导浓缩柔性纤维悬浮液粘度，且堵塞体积分数随长径比和粗糙度增加而降低。
2025-01-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear-Driven Flow of Athermal, Frictionless, Spherocylinder Suspensions in Two Dimensions: Particle Rotations and Orientational Ordering
我们使用数值模拟来研究一个双分散的混合物的无热，无摩擦，软芯的二维spherocylinders驱动的均匀稳态简单剪切施加在一个固定的体积和一个固定的有限应变率$\dotγ$。能量耗散是通过相对于均匀剪切的主体流体的粘性阻力，给出了具有牛顿流变学的非布朗悬浮液中的流动的简单模型。考虑到一系列的包装分数$ϕ$和颗粒非球面度$α$在小$\dotγ$，我们研究了角旋转$\dotθ_i$和剪切流诱导的颗粒的取向有序$\mathbf{S}_2$，发现一个非单调的行为作为包装$ϕ$是不同的。我们解释这种非单调的行为作为一个交叉从一个小的$ϕ$区域发生单粒子的行为，到一个大的$ϕ$区域的几何形状的密集包装占主导地位，减少自由体积抑制运动，和一个随机的泊松过程的粒子旋转的结果。我们还认为，有限的剪切有序$\mathbf{S}_2$是作为一个有序场的结果，而不是粒子之间的长程合作行为的结果。我们得出这些结论的考虑（i）的分布的等待时间的粒子旋转的$π$，（ii）的行为下的纯，简单的，剪切，（iii）松弛的序参量$\mathbf{S}_2$扰动远离稳态时，（iv）通过构建一个数值平均场模型的粒子的旋转运动。我们的结果也有助于解释观察到的奇异行为时，采取的$α\to 0$极限接近圆盘。
2020-03-09 cond-mat.soft
Effects of shear thinning viscosity and viscoelastic stresses on flagellated bacteria motility
鞭毛细菌在非牛顿介质中游动的行为仍然是一个具有矛盾和冲突结果的领域。我们报告的行为，野生型和平滑游泳E。大肠杆菌在牛顿、剪切稀化和粘弹性介质中的运动轨迹和游动速度，用三维实时跟踪显微镜进行测量。我们的结论是，在高浓度的甲基纤维素溶液中的速度提高是由于剪切稀化和分析模型来支持我们的实验结果。我们认为，剪切诱导的正常应力减少细胞游泳过程中的摆动行为，但不显着影响游泳速度。然而，正应力在缩短鞭毛成束时间从而改变游动速度分布方面起着重要作用。一个无量纲的数字，“扼杀数”（Str）的建议，并用于表征这种效果。
2020-04-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-Newtonian behavior and molecular structure of Cooee bitumen under shear flow: a non-equilibrium molecular dynamics study
采用非平衡分子动力学模拟研究了剪切作用下模型沥青（Cooee沥青）的流变性和分子结构。计算了沥青混合料在不同剪切速率和温度下的剪切粘度、法向应力差和压力。模型沥青在所有温度下都是剪切稀化流体。此外，Cooee模型能够再现实验结果，显示由沥青中的扁平芳族分子堆叠组成的纳米聚集体的形成。将这些纳米聚集体浸入饱和烃分子的溶剂中。在一个固定的温度下，剪切光泽的行为是有关的溶剂分子的分子间和分子内的排列，但也在高剪切速率的纳米聚集体的平均尺寸的减少。在不同的剪切速率下，粘度随温度的变化也与纳米聚集体的尺寸和相对组成有关。由于纳米聚集体的整个样品的轻微的各向异性被认为是和量化。最后，讨论了沥青混合料在复杂系统如胶体悬浮液、聚合物溶液和缔合聚合物网络等广泛文献中的地位。
2015-05-13 cond-mat.soft physics.atm-clus physics.chem-ph
