Flocking and mesoscale turbulence in three-dimensional active fluids
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究三维活性流体中群体行为与湍流的相互作用，揭示了高活动性下湍流群体与全局秩序共存的现象，并通过闭合模型解释了湍流状态的转变机制。
2026-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Mesoscale modeling of colloidal suspensions with adsorbing solutes
本文构建含可逆吸附溶质的胶体悬浮液介观模型，耦合颗粒、流体与溶质动力学，并以方势阱描述吸附，支持直接数值模拟。
2015-01-14 cond-mat.soft
Giant fluctuations in sheared viscoelastic fluids emerging in a mesoscale simulation
已知剪切流在原本透明和均匀的聚合物溶液中引起巨大的密度波动。这种效应源于缠结聚合物网络的弹性，并且可以跨越超过一千条链的距离。它在许多散射实验中被观察到，后来被数学理论解释。在这里，我们从直接粒子模拟的角度来观察这种现象。主要的新颖之处是速度相关的摩擦力，耦合整个系统，并有效地解决了稀疏矩阵代数。我们的极简模型在台式PC上运行，结果与实验吻合得很好。
2018-08-20 cond-mat.soft physics.comp-ph
Programmed Wrapping and Assembly of Droplets with Mesoscale Polymers
大自然非常善于使用界面来构建结构，封装试剂和调节生物过程。受大自然的启发，我们描述了柔性聚合物基带，称为“介观聚合物”（MSP），以调节与液滴的界面相互作用。这产生了前所未有的鞭毛状结构和MSP包裹液滴形式的混合组装体。这些混合结构的成功制备取决于界面相互作用和定制的MSP组合物，例如具有对流体-流体界面具有明显不同的亲和力以及机械性质的结构域的MSP。MSP液滴相互作用的原位测量证实，MSP具有可以忽略不计的弯曲刚度，允许界面能驱动中尺度组装。通过利用这些界面驱动力，介观聚合物被证明是一个强大的平台，支持在流体中制备复杂的混合结构。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Transport coefficients of off-lattice mesoscale-hydrodynamics simulation techniques
研究了基于粒子的介观流体动力学方法，多粒子碰撞动力学（MPC）和耗散粒子动力学（DPD）的粘性和自扩散常数，包括有和没有角动量守恒。推导了具有理想气体状态方程和有限时间步长动力学的流体的分析结果，并与模拟数据进行了比较。特别地，对于MPC方法的所有变体，以一般形式导出粘度。在一般情况下，理论和模拟之间得到很好的协议。
2008-04-14 cond-mat.soft
Impact of protein corona morphology on nanoparticle diffusion in biological fluids: insights from a mesoscale approach
本研究提出介观尺度计算模型，探究蛋白质电晕形态对纳米颗粒在拥挤生物流体中扩散的影响，发现电晕形态显著影响扩散，并给出单球模型精确参数化策略。
2025-10-09 cond-mat.soft
Flow-polarity decoupling and universal mobility enhancement in dense bacterial active fluids
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Hainan University（海南大学）
通过同时成像细胞体、鞭毛和流场，发现密集3D细菌活性流体中细胞极性随机分布但溶剂流呈现介观有序，流-极性解耦源于各向异性微游泳者力-偶极假设的失效，近场相互作用产生新活性力，增强自平流迁移率。
2026-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Multi-Particle Collision Dynamics -- a Particle-Based Mesoscale Simulation Approach to the Hydrodynamics of Complex Fluids
在这篇综述中，我们描述和分析了一种中尺度模拟流体流动的方法，这是由Malevanets和Kapral在1999年提出的，现在被称为多粒子碰撞动力学（MPC）或随机旋转动力学（SRD）。该方法由交替流动和碰撞步骤的点粒子的合奏。多粒子碰撞通过将粒子分组在碰撞单元中来执行，并且质量、动量和能量局部守恒。这种模拟技术捕获了完整的流体动力学相互作用和热波动。审查的第一部分开始与几个广泛使用的MPC算法的描述，然后讨论了原始SRD算法的重要功能和经常使用的变化。两个互补的方法推导的流体动力学方程和评估的传输系数进行审查。然后展示了如何将MPC算法推广到非理想流体和具有会凝点的二元混合物的建模。讨论了角动量守恒对不同粘度的分相液体等系统的重要性。评论的第二部分介绍了一些最近的应用MPC算法来研究胶体和聚合物动力学，囊泡和细胞在流体动力学流动的行为，和粘弹性流体的动力学。
2008-08-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Droplet Spreading on Heterogeneous Surfaces using a Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model
我们使用一个三维格子玻尔兹曼模型来研究均匀和非均匀表面上的中尺度液滴的传播。在均匀的基底上，对于一定范围的粘度和表面张力，液滴的基半径随时间增长为$t^{0.28}$。时间演化坍缩到作为无量纲时间的函数的单一曲线上。在由交替的疏水性和亲水性条带组成的表面上，润湿速度是各向异性的，并且液滴的平衡形状反映了下面的基底的润湿性质。
2003-03-05 cond-mat.soft
Effective Temperature and Einstein Relation for Particles in Mesoscale Turbulence
从最小尺度的量子系统到最大尺度的星系际介质，湍流在自然界中无处不在。通常被称为经典物理学最后一个未解决的问题，它仍然是一个经过时间考验的远离平衡的动力学范式。这种现象甚至超越了自推进流体，例如致密的细菌悬浮液，即使组成颗粒以低于1的雷诺数移动，也可以在中尺度上显示湍流。这是激烈的争论是否这样的流体具有有效的温度和服从波动耗散关系（FDR），因为它们通常被破坏缺乏细致平衡。在这封信中，我们回答了这个问题，并报告了一个精确的表达的有效温度分布的相互作用的粒子，平流的中尺度湍流。该有效温度在颗粒扩散率中是线性的，其中斜率定义了颗粒迁移率，当背景流体表现出全局极性排序时，该斜率较高，而当流体处于各向同性平衡时，该斜率较低。我们相信我们的工作是爱因斯坦关系的直接验证-最简单的FDR，对于沉浸在中尺度湍流中的相互作用粒子。
2021-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Mesoscale modelling of polyelectrolyte electrophoresis
用介观模拟方法研究了从单体到长片段的柔性单链的电泳行为。从原子的细节抽象的晶体和流体，一个粗粒度的分子动力学模型连接到介观流体描述的格子玻尔兹曼方法被用来研究自由溶液电泳。我们的研究表明，聚电解质的电泳运动的流体动力学相互作用的重要性，并量化周围离子的影响。电泳迁移率的长度依赖性可以通过评估有效电荷和有效摩擦的标度行为来理解。我们的结果与实验测量的完美一致表明，所有的化学细节和流体结构都可以安全地忽略，并且适当的粗粒度方法可以产生对问题物理的准确描述，只要系统中所有实体之间的静电和流体动力相互作用，即，适当地考虑了反离子、解离的抗衡离子、另外的盐和溶剂。我们的模型是能够桥接的单分子政权的几个纳米到大分子的轮廓长度超过100纳米，长度尺度，目前无法访问原子模拟。
2009-02-11 cond-mat.soft
Spatial correlations of hydrodynamic fluctuations in simple fluids under shear flow: A mesoscale simulation study
本研究通过介观模拟证明剪切流下简单流体的流体动力学涨落具有空间相关性，并详细揭示了横向与纵向速度相关性在不同波矢和方向上的衰减规律及长程相关性。
2017-12-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesoscopic Correlations in Aqueous Alkylamine Mixtures Between Molecular and Micro Emulsions
本研究开发介观桥接形式主义连接SSOZ框架与TS方法，揭示局部取向关联在介观尺度的长程表现，统一描述密度涨落，通过X射线散射验证TS对介观结构的捕捉能力，为复杂流体结构交叉提供通用解释途径。
2025-11-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Mesoscale simulation of soft particles with tunable contact angle in multi-component fluids
流体界面上的软颗粒在我们日常生活的许多方面发挥着重要作用，例如食品工业，油漆和涂料以及医疗应用。分析方法无法描述许多软颗粒悬浮液的复杂动力学的紧急影响，而实验通常只捕获散装性质或需要侵入性方法。因此，计算方法是补充实验工作的重要工具。然而，需要一种有效的和通用的数值方法来模拟许多软颗粒的稠密悬浮液。本文基于格子玻尔兹曼方法，提出了一种模拟多组分流体中软颗粒在流体-流体界面处及其附近的方法，并对颗粒吸附到流体-流体界面时由于流体-结构耦合而产生的平衡形状误差进行了表征。此外，我们表征的颗粒表面的优先接触角和颗粒的柔软度上的质心相对于流体界面的垂直位移的影响。最后，我们证明了我们的模型的能力，通过模拟一个软胶囊吸附到流体-流体界面上的剪切流平行的界面，和覆盖的液滴悬浮在另一种流体中的软颗粒具有不同的润湿性。
2019-08-30 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Emerging mesoscale flows and chaotic advection in dense active matter
本文通过研究二维过阻尼自推进圆盘模型，发现稠密活性流体中由拥挤效应与持续推进竞争所驱动的介尺度混沌平流，揭示了一种区别于其他活性系统集体流动的新型活性湍流。
2023-06-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A lattice-Boltzmann model for interacting amphiphilic fluids
我们发展了我们最近提出的用于两亲流体的非平衡动力学的格子玻尔兹曼方法（Chen，Boghosian，Coveney和Nekovee，Proc. Roy. Soc.London A，456，1431（2000）.）我们的方法保持一个取向的自由度的两亲性物种和模型流体相互作用在微观水平上引入自洽的平均场力的粒子之间的晶格玻尔兹曼动力学，在某种程度上是一致的动力学理论。我们提出了广泛的模拟结果，在两个维度，这表明我们的模型捕捉正确的二元和三元两亲性流体的现象的能力。
2000-06-21 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of liquid crystalline fluids: active gels and blue phases
格子玻尔兹曼模拟已经成为解决许多复杂流体的流体动力学运动方程的一种选择方法。本文综述了晶格玻尔兹曼在液晶流体力学研究中的应用。特别是，我们专注于研究（a）异国情调的蓝色相的胆甾相液晶，和（b）活性凝胶-肌动蛋白加肌球蛋白溶液或细菌悬浮液的模型系统。在这两种情况下，晶格玻尔兹曼研究已被证明是有用的，为这些复杂的材料提供了新的见解。
2010-09-06 cond-mat.soft
A Lattice Boltzmann Model of Ternary Fluid Mixtures
介绍了一种模拟油-水-表面活性剂混合物的格子Boltzmann模型。该模型基于具有两个标量序参量的Ginzburg-Landau自由能。扩散和流体动力学运输包括在内。结果表明，表面活性剂如何扩散到油-水界面，从而降低表面张力，导致自发乳化。乳化速率取决于三元流体的粘度。
1998-06-19 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann for Binary Fluids with Suspended Colloids
本文提出了一种新的描述二元流体问题的格子玻尔兹曼方法，它突出了利用矩构造两个平衡分布函数。这提供了许多好处，包括更好的各向同性，和一个更自然的路线，包括多个弛豫时间的二元流体问题。此外，固体胶体颗粒悬浮在二元混合物中的实施得到解决，它扩展了固体-流体的质量和动量的边界条件，包括一个单一的保守的组成序参量。一个简单的基准问题，涉及一个单一的粒子或附近的流体-流体界面进行，并显示出良好的协议与现有的理论或数值结果。
2005-06-01 cond-mat.soft
The Scallop Theorem and Swimming at the Mesoscale
通过协同建模，仿真和实验相结合，我们表明，存在一个政权的自推进中的流体动力学的惯性可以从游泳者分离。这是证明了一个不对称的哑铃，尽管在一个相互的方式变形，自我传播的流体中，由于非互易斯托克斯流场的运动。后者是由两种构成珠粒的滑行时间的差异引起的。这种不对称性作为第二个自由度，恢复扇贝定理在介观尺度。
2020-08-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coupling Lattice Boltzmann and Molecular Dynamics models for dense fluids
我们提出了一种混合模型，耦合格子玻尔兹曼和分子动力学模型，用于稠密流体的模拟。时间尺度和长度尺度通过使用迭代Schwarz区域分解算法解耦。MD和LB制剂通过在界面处的速度和速度梯度的交换进行通信。我们在模拟液态氩流过和穿过碳纳米管的流动中验证了当前的LB-MD模型。与现有的混合算法和参考MD解决方案的比较证明了本方法的有效性。
2006-10-27 cond-mat.soft
Multi-Particle Collision Framework for Active Polar Fluids
本文将 MPCD 框架扩展为三种 AP-MPCD 模型，实现极性主动流体的介观模拟，并再现群聚转变、条带及外场与障碍物效应。
2025-01-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuating lattice Boltzmann
格子Boltzmann算法有效地模拟了等温流体流动的纳维-斯托克斯方程，但忽略了流体的热波动，这在介观流动中很重要。我们将展示如何适应算法，包括噪声，满足波动耗散定理（FDT）直接在晶格水平：这给出了正确的波动质量和动量密度，并为应力，在所有波矢$k$。不像以前的工作，恢复FDT仅为$k\to 0$，我们的算法提供了完整的统计力学一致性中尺度模拟，例如，波动的胶体流体力学
2005-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A deformable elastic membrane embedded in a lattice Boltzmann fluid
描述了一种用于将可变形的弹性膜嵌入晶格玻尔兹曼流体内的方法。膜由一组无质量点表示，这些点与流体平流，并对流体施加力，这些力来自自由能泛函，其值取决于膜的几何性质。该方法是在两个维度上进行验证的自由能功能，施加约束的恒定膜长度，恒定的封闭面积，弯曲刚度和优选的曲率。该方法示出恢复预期的平衡形状中的流动和变形的存在下，施加的剪切流。该方法可以应用于许多介观模拟，包括离散模型的血细胞。
2006-07-14 cond-mat.soft
Beyond Poisson-Boltzmann: fluctuations and fluid structure in a self-consistent theory
Poisson-Boltzmann（PB）理论是研究软物质静电的经典方法，已被应用于物理化学和生物物理的许多问题。其主要局限性是忽略了相关效应和流体结构。最近，一些理论的见解，允许制定的方法，超越PB理论在一个系统的方式。在这篇专题评论中，我们提供了一个更新的发展取得的自洽配方的相关校正泊松-玻尔兹曼理论。我们介绍了相应的系统耦合的非线性方程的连续静电与均匀的介电常数和结构溶剂，偶极库仑流体，包括非局部效应。虽然这种方法只是近似的，也仅限于在所谓的弱波动制度的修正，它允许包括物理相关的影响，因为我们显示了这些方程的一系列应用。
2016-07-27 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations capture the multiscale physics of soft flowing crystals
软流动材料的基础物理学的研究在很大程度上依赖于数值模拟，由于复杂的结构的控制方程，反映了竞争的并发机制在空间和时间上的广泛不同的尺度。全面的计算建模仍然是一个巨大的挑战，因为它相当于同时处理六个或更多的空间十年的空间和两倍的时间。粗粒度的方法通常提供了一个可行的策略，以显着减轻这个问题，通过实施中尺度超分子力，旨在捕捉基本的物理在一个完整的详细描述的计算成本的一小部分。在这里，我们回顾了一些最近的进展，在软流动材料的晶格玻尔兹曼介观尺度方法的设计，包括动态界面之间的近接触相互作用（NCI），因为它们发生在高填充分数软流动晶体。该方法证明能够捕获软流动晶体的流变学的几个方面，即，i）分散相流速对所施加的压力梯度的3/2幂律依赖性，ii）具有相关流速下降的ex-two和ex-one（竹）配置之间的结构转变，iii）一旦NCI足够强，界面波的开始。
2020-03-24 cond-mat.soft physics.comp-ph
Lattice Boltzmann Methods and Active Fluids
我们回顾了活跃的流体，特别注意流体动力学连续模型和格子玻尔兹曼方法（LBM）在这一领域的使用的艺术状态。我们提出的热力学的活性流体，在液晶建模适合于描述大规模组织的活性系统，以及其他有效的唯象模型。我们讨论如何LBM可以实现解决流体动力学的活性物质，从一个简单的流体的情况下，我们明确恢复连续方程的Chapman-Enskog扩展。超越这个简单的情况下，我们总结了如何LBM可以用来处理复杂的和活跃的流体。然后，我们回顾了最近的事态发展有关的一些相关主题的活性物质，已经通过LBM研究：自发流动，自推进液滴，活性乳液，流变学，主动湍流，和活性胶体。
2019-10-04 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of phase separation in chemically reactive binary fluids
我们使用格子玻尔兹曼方法来研究流体动力学效应很重要的化学反应二元流体中的斑图形成。用该方法求解的耦合方程是一个Cahn-Hilliard方程，通过包含反应源项进行修改，以及质量和动量守恒的纳维-斯托克斯方程。耦合是双重的，从平流的序参数的速度场和流体成分对压力的影响。我们研究了线性和二次反应源项的临界猝灭后系统的演化。高粘度和低粘度制度之间的比较，以确定流体动力学流动的影响。在这两种情况下，流体动力学被发现影响域的增长和最终的稳定状态的途径。
2006-05-31 cond-mat.soft
An improved dissipative coupling scheme for a system of Molecular Dynamics particles interacting with a Lattice Boltzmann fluid
我们考虑随机格子玻尔兹曼（LB）流体和基于粒子的分子动力学（MD）系统之间的耗散耦合，因为它首先由Ahlrichs和Dünweg（J. Chem. Phys. 111（1999）8225）介绍。在粒子的位置处的流体速度通过插值确定，使得斯托克斯摩擦力引起粒子与周围流体节点之间的动量交换。出于效率原因，LB时间步长被选择为MD时间步长的倍数，使得MD系统比LB流体更频繁地更新。在这种情况下，有不同的方式来实现耦合：要么在周围节点处的流体速度仅在每个LB时间步长更新，要么在每个MD步长更新。它表明，后者的选择，强制执行动量守恒在一个显着较短的时间尺度上，显然是优越的稳定性和准确性方面，但只是稍微慢的执行速度。因此，第二种变体是建议的实施方式。
2017-04-24 cond-mat.soft
Effects of additives on oil displacement in nanocapillaries: a mesoscale simulation study
我们进行了介观尺度模拟，以调查的效果，添加剂，如表面活性剂和聚合物，在驱油过程中的水和盐水注入。一个多体耗散粒子动力学（MDPD）模型参数化，以再现通过实验或经典分子动力学（MD）获得的物理性质。然后采用MDPD模型模拟水和盐水对正十二烷的驱替，表面活性剂浓度范围为1 wt. %至IOwt. % SDS和0.5wt. %的HPAM。我们观察到，虽然添加剂可以进入毛细管而不堵塞，但表面活性剂浓度和注入速率的特定组合可能导致不良的驱油。这一结果可以从水-壁和（表面介导的）水-油相互作用之间的平衡来理解。因此，我们的研究结果显示了一个有效的逆转的润湿性字符，从水润湿到油润湿，作为界面速度的函数。最后，我们总结了这些结果的影响，涉及添加剂的流体-流体位移。
2020-04-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hybrid lattice Boltzmann model for binary fluid mixtures
提出了一种基于自由能方法的混合格子玻尔兹曼方法（LBM）。压力张量的非理想项作为体积力包含在LBM动力学方程中，用于模拟连续性和纳维-斯托克斯方程。用有限差分方法研究了对流扩散方程。微分算子离散化，以减少虚假速度的大小。该算法已被证明是稳定的，并在简单的测试配置复制正确的平衡行为，是伽利略不变量。伪速度可以减少约一个数量级相对于标准的离散化程序。
2009-07-16 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of lamellar and droplet phases
用格子Boltzmann方法模拟了二维具有平衡层片相和液滴相的二元流体中的旋节线分解。我们强调流体动力学流动相分离动力学的重要性。对于组成稍微不对称的混合物，流体相分离成本体相和层状相，层状相形成独特的螺旋结构以使其弹性能最小化。
1998-01-28 cond-mat.soft
Physical and Computational Scaling Issues in Lattice Boltzmann Simulations of Binary Fluid Mixtures
我们描述了一些缩放时出现的问题，使用格子玻尔兹曼方法来模拟二元流体混合物-在存在和不存在胶体颗粒。两种类型的缩放问题出现：物理和计算。物理缩放涉及如何将模拟参数与真实世界的参数相关联。要有效地做到这一点，需要仔细的物理学，因为（与其他方法一样）格子玻尔兹曼不能完全解决复杂流体的典型流动中出现的长度，能量和时间尺度的层次结构。在决定解决哪些物理问题和留下哪些未解决的物理问题时需要谨慎，特别是当胶体颗粒存在于两个流体相之一时。这会影响模拟参数（如流体粘度和界面张力）的控制。当物理是各向异性的（例如，在剪切下的系统）仔细适应的几何形状的模拟盒可能是必要的，这方面的一个例子，涉及到我们的研究的胶体颗粒的瑞利高原不稳定性的流体缸，描述。第二组密切相关的缩放问题本质上是计算性的：如何将模拟扩展到非常大的晶格尺寸？这个问题对于经受剪切流的系统是尖锐的。在这里，需要一组块式的共同移动的框架的流体，每个连接到下一个的Lees-Edwards像边界条件。这些匹配的平面导致小的数值误差，其累积的影响可能会变得严重，最大限度地减少这种影响的策略进行了讨论。
2004-11-18 cond-mat.soft
Swinging and Tumbling of Fluid Vesicles in Shear Flow
简单剪切流中的流体囊泡的动力学研究使用动态三角形化表面的中尺度模拟，以及基于两个变量的理论方法，形状参数和倾角，其中没有可调参数。我们表明，在著名的坦克踩踏和翻滚状态之间，可以出现一个新的“摇摆”状态。我们预测的动态相图的剪切速率，膜和内部流体的粘度，和减少囊泡体积的函数。我们的结果与最近的实验结果吻合得很好。
2006-11-14 cond-mat.soft
Living droplets with mesoscale swimmers
Aalto University（阿尔托大学）；IIT Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）；University of Warsaw（华沙大学）
研究超疏水基底中活性液滴内中尺度生物体的活动，开发标度律模型描述其行为，发现三维拥挤环境中游泳运动学差异，揭示受生物启发的液滴驱动机制，对相关领域有重要意义。
2026-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bacterial swarmer cells in confinement: A mesoscale hydrodynamic simulation study
当被接种到营养丰富的表面上时，广泛的周毛细菌经历相当大的生理变化，并表现出快速和集体的迁移，表示为群集。因此，这种群体细胞的长度和它们的鞭毛数量显著增加。本文研究了单个E.通过介观流体动力学模拟，将蜂群细胞的分子动力学模拟与包埋流体的多粒子碰撞动力学方法相结合，将大肠杆菌型蜂群细胞限制在两个平行壁之间。E.大肠杆菌型群细胞比它们的共生体长三倍，但它们的鞭毛密度相当。通过改变壁的分离，我们分析了对鞭毛排列的限制效果，对细胞在壁之间的间隙中的分布，以及对细胞动力学的影响。我们发现只有一个弱的依赖约束的束结构和动力学。细胞在间隙中的分布从非常窄的几何结构主导的行为变为较宽间隙的流体主导的行为，其中细胞优先位于较窄间隙的间隙中心，并且优先靠近较宽间隙的壁之一。动态地，细胞表现出广泛的迁移行为，这取决于它们的鞭毛束排列，从直线游泳到滚壁。
2016-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rotational behavior of red blood cells in suspension---a mesoscale simulation study
血液作为红细胞悬浮液的性质使得计算血液动力学成为一项艰巨的任务。我们的粗粒度血液模型，它建立在软颗粒悬浮液的格子玻尔兹曼方法，使研究的集体行为的顺序10^6细胞悬浮液。在演示了Kolmogorov流中的粘度测量之后，我们重点讨论了Couette流中细胞取向和旋转的统计分析。我们量化的平均倾斜度相对于流量和作为剪切速率和红细胞压积的函数的阶数。我们进一步记录的涡度方向周围的旋转周期的分布，并发现一个明显的峰值附近的理论值为自由模型细胞，即使细胞-细胞相互作用表现出自己在一个相当大的宽度的分布。
2010-10-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
A lattice Boltzmann model with random dynamical constraints
在本文中，我们介绍了一种改进的格子玻尔兹曼模型（LBM）的能力，模拟流体系统的动态非均匀性。物理系统被建模为一维流体，与有限寿命的移动障碍物相互作用。流体运动由格子Boltzmann方程描述，障碍物是随机分布的半渗透屏障，其约束流体颗粒的运动。经过一段时间的延迟后，障碍物会移动到新的随机位置。研究发现，流体和障碍物的非线性耦合动力学产生了流体密度的非均匀模式和两次自相关函数的非指数松弛。
2004-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modified Poisson-Boltzmann equations and macroscopic forces in inhomogeneous ionic fluids
我们提出了一个基于热力学微扰理论的场论方法，并在其中推导出一个大的非均匀离子流体的热力学势作为任意参考流体系统的静电势的函数。我们得到一个修改的Poisson-Boltzmann方程作为Euler-Lagrange方程的功能。应用Noether定理这个功能，我们推导出一个一般的平均场的应力张量与相应的修改后的Poisson-Boltzmann方程一致的表达式。我们推导出一个一般表达式的宏观力作用在介电或导电体浸没在离子流体。特别是，我们推导出一个一般的平均场表达式的分离压力的离子流体在一个狭缝孔隙。我们应用开发的形式主义来描述三个离子流体模型的实际重要性：非极化模型（包括著名的泊松-玻尔兹曼和泊松-费米方程），极化模型（离子携带非零永久偶极子或静态极化率），和模型的离子-偶极子混合物（包括著名的泊松-玻尔兹曼-朗之万方程）。对于这些模型，我们得到修改的Poisson-Boltzmann方程和相应的应力张量，这可能是有价值的不同的应用，其中有必要估计的宏观力作用在电介质或导电体（电极，胶体，膜，{ \it等}）。以及局部静电势（场）和离子浓度。
2022-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice Boltzmann simulations for soft flowing matter
本文综述了格子玻尔兹曼方法中用于处理近接触超分子相互作用的粗粒化模型，并展示了其在软流动晶体、稠密乳液、层级乳液、软颗粒流及活性液滴迁移等软流动物质问题中的应用。
2024-11-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
A unified operator splitting approach for multi-scale fluid-particle coupling in the lattice Boltzmann method
本文提出了一个统一的框架来导出用于耦合浸没固体和弹性物体到格子玻尔兹曼方法的离散时间推进格式。基于离散Boltzmann方程的算子分裂，推导了浸入边界法、粘性力耦合和外部边界力的二阶时间精度格式。此外，一个修改后的配方的外部边界力的介绍，导致更准确的无滑移边界条件。推导还表明，耦合方法可以统一为一种形式，浸入边界法可以解释为力耦合对消失质点质量的限制。在实践中，流体和颗粒质量之间的比率决定了耦合中力传递的强度。积分方案正式提高了一阶算法的精度，通常采用时耦合浸没的对象的格子玻尔兹曼流体。预计它们还将在模拟具有多个尺度的复杂流体时具有优异的长期稳定性。
2014-06-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Lattice-Boltzmann simulations of self-assembly of a binary amphiphilic fluid into ordered bicontinuous cubic and lamellar phases
我们报告的第一个结果，我们的三维，介观，两亲晶格玻尔兹曼模型，已被用来模拟有序立方相和层状相在二元水-表面活性剂系统的自组装的动力学。我们的研究结果提供了深入了解这些中间相在水和表面活性剂分子之间作用的各种分子力和驱动从层状到立方相的过渡的机制方面的机制。
2001-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An extensible lattice Boltzmann method for viscoelastic flows: complex and moving boundaries in Oldroyd-B fluids
大多数生物流体是粘弹性的，这意味着它们除了牛顿流体中发现的耗散特性之外还具有弹性特性。计算模型可以帮助我们理解粘弹性流动，但通常局限于如何处理复杂的流动几何形状和悬浮颗粒。在这里，我们提出了一个格子Boltzmann求解器Oldrophil-B流体，可以处理任意形状的固定和移动的边界条件，这使得它非常适合于有限的胶体悬浮液的模拟。我们验证我们的方法，使用几个标准的流变设置，并另外研究了一个单一的沉淀胶体，也发现与文献的良好协议。我们的方法可以很容易地扩展到本构方程以外的Oldrophil-B。这种灵活性和复杂边界的处理为粘弹性流体中的微泳者的研究提供了希望。
2020-11-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations of a viscoelastic shear-thinning fluid
我们提出了一个混合格子玻尔兹曼算法的模拟流动玻璃形成流体，其特点是缓慢的结构弛豫，在纳维-斯托克斯方程的水平。流体描述的非线性积分本构方程，有关的应力张量局部的历史流量。作为一个应用程序，我们提出了一个积分非线性麦克斯韦模型，结合（线性）粘弹性和（非线性）剪切稀化的影响。我们讨论的瞬态动力学的速度，剪切应力，和正常的应力差异在平面压力驱动的通道流，开关（启动）和关闭（停止）的驱动压力。由于流体动力学动量扩散和缓慢的结构松弛之间的相互作用，这种瞬态动力学依赖于通道宽度。
2015-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Poisson-Boltzmann Equation with a Random Field for Charged Fluids
经典的Poisson-Boltzmann方程（CPBE）是一种通过平均离子涨落而得到的平均场论，被广泛用于研究带电流体中的离子分布。在本研究中，我们从场论推导出一个含有随机场的修正Poisson-Boltzmann方程，并通过在CPBE中加入乘性噪声来恢复离子涨落。具有随机场的泊松-玻尔兹曼方程（RFPBE）捕获了离子涨落的影响，并给出了与CPBE相比不同的带电流体中的离子分布。为了解决RFPBE，我们提出了一种基于路径积分表示的蒙特卡罗方法。数值结果表明，离子涨落的作用加强了离子向区域内的扩散，并使离子在流体中均匀分布。流体中的最终离子分布由离子涨落和边界施加的静电力之间的竞争决定。RFPBE由于充分利用了Monte Carlo方法的优点，对高维系统具有通用性和可行性。我们使用RFPBE研究一个二维系统作为一个例子，其中的离子涨落的影响被清楚地捕获。
2019-07-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Lattice-Boltzmann Method for Non-Newtonian Fluid Flows
我们研究了一个特设的格子玻尔兹曼方法，允许模拟广义牛顿模型所描述的非牛顿流体的扩展。我们广泛测试的剪切变稀和剪切增稠截断幂律流体的平行板几何形状的情况下，该方法的准确性，并表明，相对误差与解析解衰减近似线性的晶格分辨率。最后，我们还测试了该方法在再入流的几何形状，其中的剪切速率不再是一个标量和两个奇异点的存在需要高精度，以获得满意的分辨率在这些点附近的局部应力。在这种几何形状中，我们还发现了与标准有限元方法获得的解决方案非常一致，并且随着晶格分辨率的提高，这种一致性得到了提高。
2005-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ternary Free Energy Lattice Boltzmann Model with Tunable Surface Tensions and Contact Angles
提出了一个新的三元自由能格子Boltzmann模型。我们的模型的显着特点是，我们能够解析推导出并独立地改变所有的流体-流体表面张力和固体表面接触角。我们进行了一些基准测试：（i）双重乳液和液体透镜，以验证的表面张力，（ii）三元流体接触的一个正方形井比较的接触角对分析预测，和（iii）三元相分离，以验证多组分流体动力学是准确捕获。此外，我们还描述了如何在这里提出的模型可以扩展到包括任意数量的流体成分。
2016-02-19 cond-mat.soft physics.comp-ph
Phase separation of incompressible binary fluids with Lattice Boltzmann Methods
我们介绍了新版本的格子玻尔兹曼方法（LBM）的不可压缩的二元混合物的总密度的波动被抑制。作为改进算法的测试，我们考虑的问题相分离的二维二元混合物淬火从无序状态到共存区域。我们发现，LBM的稳定性大大提高。密度波动的控制和运行更长时间模拟的可能性允许更精确地评估生长指数。
2003-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Lattice Boltzmann simulations on the tumbling to tank-treading transition: effects of membrane viscosity
已经广泛研究了红细胞（RBC）的翻滚到坦克踩踏（TB-TT）转变，主要集中在粘度比$λ$（即，膜内外流体粘度之比）和施加到RBC的剪切速率$\dotγ$。然而，膜粘度$μ_m$起着重要的作用，在一个现实的描述红细胞的动力学，只有少数工作系统地集中在它的影响TB-TT转变。在这项工作中，我们提供了一个参数调查的膜粘度$μ_m$的TB-TT转换的效果，为一个单一的红细胞。结果发现，在固定的粘度比$λ$，较大的值的$μ_m$导致增加的范围内的值的毛细管数在TB-TT转变发生。我们系统地量化这样的增加通过基于格子玻尔兹曼模型的中尺度数值模拟。
2020-12-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Finite-Difference Lattice Boltzmann Methods for binary fluids
我们研究了二元流体的双流体BGK动力学方法。所开发的理论适用于非对称和对称系统。对于对称系统，它恢复了Sirovich的理论，并总结在模型A和B中。对于非对称系统，它提供了模型C，D和E，当两个组件的总质量和/或局部温度相差很大时，这些模型特别有用。动力学模型采用八边形离散速度模型进行离散。离散速度动力学模型和连续速度动力学模型需要描述相同的流体动力学方程。将离散速度动力学模型与适当的有限差分格式相结合，构成了有限差分格子玻尔兹曼方法。通过研究（i）均匀松弛过程，（ii）等温Couette流，和（iii）扩散行为，验证了制定的方法的有效性。
2005-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simulation of static critical phenomena in non-ideal fluids with the Lattice Boltzmann method
用格子玻尔兹曼方法模拟了波动非理想流体在临界点的运动.它表明，该方法，采用金-朗道自由能泛函，正确地再现了静态的临界行为与伊辛普适类。应用有限尺寸标度分析确定与序参量、压缩性和比热相关的临界指数。一个特别的重点是把有限大小的影响和相关的问题的整体守恒的顺序参数。
2012-07-02 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Thermal fluctuations in the lattice Boltzmann method for non-ideal fluids
在非理想流体的格子玻尔兹曼方法中引入热涨落。在朗之万框架内推导出一个波动耗散定理，并将其应用于一个特定的格子玻尔兹曼模型，该模型近似于基于平方梯度自由能泛函的流体的线性化波动纳维-斯托克斯方程。所获得的热噪声示出，以确保在模拟中的所有自由度的平衡，以高精度。此外，我们证明了令人满意的结果，波动流体力学的最实际应用已经可以实现使用热噪声在长波长限制。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A unified framework for dynamic density functional and Lattice Boltzmann methods
利用动力学理论和液态理论的方法，我们提出了一个分子流体的非平衡行为的描述，它考虑到它们的微观结构和热力学性质。目前的工作代表了一种替代最近的动态密度泛函理论，它只能处理胶体流体，并不倾向于描述分子流体的流体动力学行为。该方法是基于一个适当的修改的玻尔兹曼传输方程的相空间分布，并提供了一个详细的描述的局部结构的流体和非均匀条件下的传输系数。最后，我们提出了一个实用的方案来解决数值和有效的动力学方程采用离散化过程中使用的类似的格子玻尔兹曼方法。
2009-02-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory and simulation of electrokinetic fluctuations in electrolyte solutions at the mesoscale
电解质溶液在储能器件中起着重要的作用，其性能高度依赖于亚微米尺度的电动过程。虽然波动和随机特性在小尺度下变得更加关键，但长程库仑相互作用对具有波动流体动力学和静电相互作用的流体系统的理论分析和模拟提出了特殊的挑战。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的Landau-Lifshitz理论推导出封闭形式的表达式的波动相关的电解质溶液中，表明显着不同的去相关过程的离子浓度波动从流体动力学波动，这为理解耦合的波动流体动力学和电动力学的传输现象提供了见解。此外，我们还分别用含显式离子的分子动力学和含半隐式离子的介观荷电耗散粒子动力学（cDPD）模拟了涨落电动力学系统，发现局域电荷密度的空间概率密度函数在亚纳米尺度下服从Gamma分布（即，0.3 nm）并收敛到纳米尺度以上的高斯分布（即，1.55 nm），表明存在一个下限的长度尺度的中尺度模式使用高斯起伏。通过全原子MD和介观cDPD模拟计算了流体动力学和电动力学涨落的时间关联函数，与基于线性化涨落流体动力学理论的理论预测结果吻合较好.
2021-07-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
