Dynamics of inert spheres in active suspensions of micro-rotors
悬浮在自推进粒子的活性流体中的惰性粒子通常表现出增强的扩散和新颖的相干结构。在这里，我们数值研究的动力学行为和自组织系统的被动和主动旋转球。粒子通过直接碰撞相互作用，并且当它们移动时产生流体流动。在没有被动粒子的情况下，取决于粒子分数，旋转球体的二元混合物中出现三种状态：转子混乱地移动的稀释气体状状态，类似转子在车道或漩涡中移动的相分离状态，以及晶体连续组装，熔化和移动的堵塞状态（K。Yeo，E. Lushi和P.M. Vlahovska，Phys. Rev. Lett. 114，188301（2015））。被动粒子添加到转子悬浮液修改系统动力学和斑图形成：虽然在纯主动悬浮液中识别的状态仍然出现，它们发生在不同的密度和混合比例。惰性粒子的动力学行为也与系统组成密切相关。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Opto Propeller Effect on Chiral Micro-Rotors
利用光操纵巨型生物分子和微型装置是非常有吸引力的。光驱动力矩可以驱动微转子在粘性液体中作平动运动，从而实现微系统的旋向性分离。研究了圆偏振激光器产生的介质损耗力矩。反向传播的反射光束消除了引起与旋向无关的平移运动的不必要的轴向力。通过求解纳维-斯托克斯方程，得到了推进效率和水的摩擦力矩。在有趣的参数范围内，数值摩擦力矩被发现是线性的角速度与斜率取决于半径或转子$r^3$。通过求解Fokker-Planck方程，得到了随时间变化的角速度分布。研究结果为微力矩测量提供了理论依据，并为微载体的可控性提供了参考。
2018-09-04 physics.flu-dyn
Exact results for dissipation and steady creeping flow in three-dimensional chiral active fluids
University of Warsaw（华沙大学）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
研究了三维手性活性流体中耗散和稳态慢速流动的精确结果，通过扩展霍尔姆霍兹定理，证明了低雷诺数下流体的稳态流动场具有唯一解，并展示了奇黏性导致的能量耗散增加。
2026-07-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Light-Driven Microgel Rotor
目前通过微生物的身体形状变形的运动性的理解和在微观尺度上的流体流动的知识提供了大量的例子，模仿和设计的软微型机器人。在这项工作中，一个二维螺旋线，是能够旋转的非互易卷曲变形。微型游泳器的主体是由嵌入等离子体金纳米棒的热响应水凝胶双层组成的带状物。这种系统允许在非平衡条件下快速局部光热加热和水凝胶双层的非可逆弯曲变形。我们表明，由于其低刚度，这是可调的水凝胶的溶胀度和温度的螺旋作为一个弹簧能够大的变形。将带状物拴在自由旋转的微球体上使得螺旋能够通过频闪照射进行旋转运动。转子的效率估计使用Stokes流的阻力理论。目前的研究表明，微观运动的形状变化的螺旋，并可能会发现在微流体领域的应用，或软微机器人。
2019-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Axial Creeping Flow in the Gap between a Rigid Cylinder and a Concentric Elastic Tube
本文研究了刚性圆柱与同心弹性管之间的环形间隙中的瞬态轴向蠕动流动。间隙最初填充有薄流体层。这项研究的重点是粘弹性的时间尺度，固体变形的速度是相同的数量级的流体的速度。采用弹性壳模型和润滑近似，得到了控制粘弹相互作用的强迫非线性扩散方程。在前进的液体前锋到一个配置与一个可忽略的膜层（与弹性管的径向变形相比）的情况下，控制方程退化成一个强迫多孔介质方程，其中几个封闭形式的解决方案。在初始膜层不可忽略的情况下，自相似性被用来设计压力驱动的液体前沿的传播规律。当前进的外力施加在管上，偶极子结构的形成被证明占主导地位的诱导流动和变形制度的初始阶段。这些是多孔介质方程偶极解的变体。最后，由于压力传播的速率随着液膜的高度而减小，我们表明可以创建并叠加孤立的移动变形模式以生成移动的波状变形场。所提出的粘性和弹性之间的相互作用可以应用到领域，如软机器人和微尺度或更大的游泳者，通过允许轴对称柔性边界的时间依赖性控制。
2015-09-02 physics.flu-dyn
Characterization of azimuthal and radial velocity fields induced by rotors in flows with a low Reynolds number
本文从理论和实验两方面研究了非轴对称绕中心旋转的棒状微转子的流场。提出了一个简单的理论模型，使用叠加的两个rotlets作为一个基本的解决方案的斯托克斯方程。该模型的预测相比，由转子组成的熔融微观球引起的方位角和径向微流体速度场分量的测量。转子是磁驱动的，流体流量的测量与光镊固定的探针粒子的帮助下。我们发现由单个旋转球体引起的仅仅方位角流型的相当大的偏差，正如Di Leonardo \textit{et al.} [Phys. Rev. Lett. 96，134502（2006）]。值得注意的是，观察到的径向速度分量的存在下，表现出自己的探针粒子的振荡与转子频率的两倍。这些发现开辟了一种方法来讨论可能的径向传输微流体装置。
2016-02-15 physics.flu-dyn
Molecular rotors for in situ local viscosity mapping in microfluidic chips
本研究利用荧光分子转子在微流控芯片中实现定量、原位、局部的粘度测绘，并验证了其在共流和被动微混合器中的有效性，为复杂微纳系统中的流动表征开辟了新途径。
2024-02-08 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Degenerate states, emergent dynamics and fluid mixing by magnetic rotors
研究了悬浮在粘性流体中的磁转子在均匀旋转磁场作用下的集体运动。转子被定位在一个正方形网格，并假设低雷诺流体动力学。对于一个$3 \times 3$阵列的磁铁，我们观察到三个特征的动力学模式作为外部磁场强度是不同的：同步模式，振荡模式，和棋盘图案。这些的相对稳定性取决于由于外部磁场的能量和转子之间的磁偶极-偶极相互作用的能量之间的竞争。我们认为，棋盘图案可以被理解为交替的稳定性的两个简并状态，其特征在于条纹和自旋冰配置，作为所施加的磁场旋转。对于较大的阵列，我们观察到传播的滑移波，是类似的异时波。转子阵列具有作为微流体装置的潜力，可以混合流体并产生不同大小的涡流。
2020-03-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Creeping thermocapillary motion of a Newtonian droplet suspended in a viscoelastic fluid
本研究针对微重力下黏弹性流体中牛顿液滴的热毛细运动问题，采用双重摄动展开结合Oldroyd-B模型推导速度与形状表达式，揭示了Weissenberg数、黏度比等对液滴运动的影响规律，小参数下理论预测与数值模拟吻合良好。
2023-12-13 physics.flu-dyn
Emergent Stripes of Active Rotors in Shear Flows
通过数值模拟研究了主动转子剪切诱导自组织成条状聚集体的过程。的转子，建模单层的摩擦球，只有当他们相对于施加的剪切流的涡反向旋转时，发展成条纹状的微观结构。条纹的平均宽度被证明是线性依赖于相对强度的主动扭矩的剪切速率。通过洞察三种集体粒子行为，即，剪切诱导的扩散，旋转诱导的重排，和边缘流，我们解释的颗粒条纹的形成机制。此外，流变学的结果显示的依赖性的剪切和旋转粘度上的主动扭矩方向和奇异的法向应力响应。通过展示一种主动转子的集体现象，我们的研究为理解手性活性物质铺平了道路。
2022-01-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Hyperuniformity and phase enrichment in vortex and rotor assemblies
在二维流体中旋转的粒子群可以表现出混乱的动力学，但也会产生隐藏秩序的特征。这种“转子”在自然界中被发现跨越了巨大不同的长度尺度--从细胞膜中的转子蛋白到大气动力学的模型。在这里，我们表明，无论是理想的涡流在无粘流体中，或驱动转子的粘性膜，自发自组装的初始随机分布。尽管这些系统产生于截然不同的物理学，但它们都具有一个哈密顿结构，该结构设置了导致不同结构状态的几何守恒定律。我们发现，旋转不变的相互作用各向同性抑制长波长波动-无序超均匀材料的一个标志。随着面积分数的增加，系统有序化为六方晶格。在两个同向旋转粒子群的混合物中，较强的粒子群将从另一个粒子群获得有序，并且两者都将变得相位富集。最后，我们表明，经典的2D点涡系统出现的实验访问微观膜转子的精确限制，产生一个新的系统，通过它来研究拓扑缺陷。
2021-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Volume-averaged macroscopic equation for fluid flow in moving porous media
达西定律和Brinkman方程是两个主要的模型，用于蠕动流体在运动的可渗透颗粒内的流动。在这两种模型中，动量方程中忽略了流体速度的时间导数和非线性对流项。本文采用体积平均法，从孔隙尺度微观方程出发，严格推导出包含这两项的新的动量方程，该方程在蠕动流条件下可简化为达西定律和Brinkman方程。采用格子Boltzmann方程方法，求解了多孔圆柱沿通道中心线运动的宏观方程组。研究了方程组在内禀相平均速度和相平均速度下的伽利略不变性。结果表明，常用的相平均速度不能作为表观速度，而应选择本征相平均速度作为多孔颗粒体系的表观速度。
2014-04-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Phase separation and rotor self-assembly in active particle suspensions
向被动胶体中加入非吸附性聚合物通过“耗尽”机制诱导颗粒之间的吸引力。足够高的聚合物浓度导致相分离。我们结合实验，理论和模拟来证明，使用活性胶体（如能动细菌）显着改变这种混合物的物理。首先，需要显著更强的颗粒间吸引力来引起相分离。其次，在较低的颗粒间吸引力下形成的有限尺寸聚集体显示出单向旋转。这些微型转子展示了使用活性颗粒的功能结构的自组装。旋转菌群的角速度与其大小成反比，这可以通过假设菌群中最外层细菌施加的扭矩随机相加来理解。我们的模拟表明，相分离的抑制和转子的自组装是聚集游泳者的一般特征，因此应该发生在各种生物和合成活性粒子系统。
2012-04-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Controlled transport of fluid particles by microrotors in a Stokes flow using linear transfer operators
本文提出一种基于线性传递算子的动力系统方法，通过控制斯托克斯流中两个固定微转子的强度实现流体粒子输运，并在多种边界条件下验证了框架的有效性及边界对输运能力的影响。
2024-02-25 cs.SY eess.SY math.DS
X-ray Tomographic Micro-Particle Velocimetry in Porous Media
流体流过复杂的封闭几何形状时通常会表现出复杂的行为，尤其是在多孔材料中，例如在地下水流或过滤装置和多孔催化剂的操作中。然而，在这种微米级几何形状中测量3D流场仍然极具挑战性。在这里，我们介绍了一种新的光学不透明多孔材料的三维测速方法，基于时间分辨X射线微计算机断层成像（微CT）。我们成像的X射线跟踪微粒子的运动在蠕动流通过一个砂填料和多孔过滤器的孔隙，使用基于实验室的micro-CT在帧速率为几十秒和体素大小为12微米。对于这两个实验，全三维速度场的基础上确定的数千个单独的粒子轨迹，显示出良好的匹配计算流体动力学模拟。误差分析进行了调查，一个现实的模拟实验。该方法具有测量多孔介质和其他复杂的微观几何形状中的复杂的，不稳定的三维流动的潜力。这可能会导致流体动力学研究在一系列科学和工业应用领域的突破。
2022-04-13 physics.flu-dyn
Aerodynamic performance and robustness of a nature-inspired concept for a micro-scale wind turbine
本文通过流固耦合直接数值模拟研究受带翅种子自转启发的双自由度微型单叶片转子，验证其在 Re=240 下可稳定提取功率且对湍流鲁棒，但效率仍低于固定叶片设计。
2025-09-29 physics.flu-dyn
Active Motion of Janus Particle by Self-thermophoresis in Defocused Laser Beam
研究了半金属包覆胶体粒子在激光辐照下的自推进。该运动是由自热泳引起的：即，在颗粒的金属涂覆侧处的激光吸收产生局部温度梯度，该局部温度梯度又通过热泳驱动颗粒。为了阐明其机理，首次测量了微尺度Janus粒子周围的温度分布和热滑移流场。通过测量粒子上的温度下降，自推进的速度与基于可访问参数的预测相吻合。作为驱动微型机械的一种应用，介绍了一种微型转子热机。
2010-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Atypical plug formation in internal elastoviscoplastic fluid flows over a non-smooth topology
本文结合 OCT/共聚焦实验与自适应有限元模拟，研究 Carbopol 凝胶越过空腔的弹黏塑性流动，发现非典型不对称塞状流，并揭示其可由 Weissenberg 数与 Bingham 数乘积统一表征。
2023-08-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shape, confinement and inertia effects on the dynamics of a driven spheroid in a viscous fluid
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；EPCC, The University of Edinburgh（爱丁堡大学 EPCC）；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）
研究了在粘性流体中约束的spheroid动力学，发现粒子长宽比、约束强度和流体惯性影响其运动，非约束情况下，特定长宽比的椭球体具有最大平移速度，约束下最优长宽比转向扁平形状，流体惯性打破闭合轨迹，产生新的稳定点。
2026-03-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Viscous pumping inspired by flexible propulsion
流体悬浮微生物已经进化出不同的游泳和进食策略，以应对粘性效应占主导地位的环境。例如，纤毛虫生物依靠柔性附件的集体运动来移动和进食。通过执行非往复运动，柔性细丝可以在没有惯性的情况下产生净推进力或泵送流体。受这种基本概念的启发，我们提出了一种策略，以产生宏观泵送和混合的蠕动流。我们测量实验的净运动的牛顿粘性流体引起的往复运动的挡板。当挡板是刚性的时，不引起净运动。相反，当挡板由柔性材料制成时，测量净流体泵送。我们量化这种泵送策略的有效性，并表明，最佳的泵送实现时，挡板的长度是在相同的顺序作为弹性流体动力学渗透长度。最后讨论了柔性叶轮在低雷诺数混合操作中的可能应用。
2014-04-09 physics.flu-dyn
Unveiling the role of seepage forces in the acceleration of landslides creep
The Njord Centre, Departments of Geosciences and Physics, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学与物理系尼约德中心）；Section for Landslides and Avalanches, Norwegian Resources and Energy Directorate（挪威资源与能源管理局滑坡与雪崩科）；Institute of Earth Sciences, The Hebrew University（希伯来大学地球科学学院）；ISTerre, Univ. Grenoble Alpes, Grenoble INP, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel（ISTerre研究所，格勒诺布尔阿尔卑斯大学，格勒诺布尔理工学院，萨瓦蒙布朗大学，法国国家科学研究中心，法国海外研究与国际合作署，居斯塔夫·埃菲尔大学）
研究揭示了渗流力是滑坡蠕动加速的主要驱动因素，通过微机械模型区分流体流动与压力的影响，为滑坡灾害防控提供新视角。
2025-11-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Thermocapillary Convection in Superimposed Layers of Self-Rewetting Fluids: Analytical and Lattice Boltzmann Computational Study
自再润湿流体（SRF），如长链醇的水溶液，表现出表面张力对温度的反常二次依赖性，具有最小值和正梯度。当与正常流体（NF）相比时，SRF可以与显著改变的界面动力学相关联，其最近已被开发用于在各种应用（例如，微重力和微尺度运输系统）。在这项工作中，首先，我们开发了一个新的热毛细对流的解析解叠加两个SRF层限制在一个微通道内，正弦加热的一侧，并保持在一个均匀的温度下的另一侧的蠕动流制度。然后，一个强大的中心矩格子玻尔兹曼方法使用的Allen-Cahn方程的界面跟踪，两种流体运动，并为SRF的数值模拟的能量输运。的分析和计算技术一般被证明是在良好的定量协议彼此。此外，研究了各种特征参数对热毛细驱动运动的大小和分布的影响。SRF中的热毛细流动模式被证明是惊人的不同时相比，NF：对于其他相同的条件下，SRF的结果在8个周期性的反向旋转的热毛细对流辊，而NF表现出只有4个这样的漩涡。此外，在这种旋涡结构的SRF的循环流体运动的方向被发现是朝向较热的界面上的区域，这是相反的，在NF。通过调整温度上的表面张力的灵敏度系数，它示出的幅度以及整体热毛细流动模式可以显着操纵。
2022-10-14 physics.flu-dyn
Extensional rheometry of mobile fluids. Part I: OUBER, an optimized uniaxial and biaxial extensional rheometer
本文通过数值优化设计并微尺度制造了名为 OUBER 的六臂十字槽装置，用于在低雷诺数下精确施加单轴和双轴驻点拉伸流动，并通过微断层扫描粒子图像测速验证了其流场准确性，为后续稀聚合物溶液拉伸流变测量提供了新工具。
2023-02-21 physics.flu-dyn
Viscous-elastic dynamics of power-law fluids within an elastic cylinder
在广泛的应用中，微流体通道在软衬底中实现。在流体惯性和可压缩性可忽略的这种构造中，流体在通道中的传播由流体粘度和周围固体的弹性之间的平衡来控制。由于粘性对系统状态的依赖性，弹性基底和非牛顿流体之间的粘弹性相互作用特别令人感兴趣。本文研究了蠕动流场中不可压缩非牛顿流体与细长线弹性柱体之间的流固耦合动力学问题。在考虑幂律流体的情况下，对弹性圆柱体采用薄壳近似，得到了一个非齐次p-Laplacian方程。我们提出了精确的解决方案的压力和变形场的各种初始和边界条件的剪切变稀和剪切增稠流体。我们表明，在对比斯托克斯的问题，在那里得到一个companimous支持的前剪切增稠流体，这里的粘度的作用是颠倒的，这样的前剪切变稀流体。此外，我们表明，对于一个步骤的情况下，在入口压力，前的传播速率有一个$t^{\frac{n}{n+1}}$依赖于时间（$t$），这表明有能力间接测量的幂律指数（$n$）的剪切变稀液体通过测量的弹性形变。
2018-12-06 physics.flu-dyn
