Dense Suspension Inertial Microfluidic Particle Theory (DENSE-IMPACT) Model for Elucidating Outer Wall Focusing at High Cell Densities
针对高浓度下惯性微流控散焦限制，本文提出DENSE-IMPACT多相模型，结合升力与颗粒相互作用揭示了高浓度流动下颗粒向外壁反直觉聚焦的机制。
2024-11-14 physics.app-ph physics.flu-dyn
Inertial focusing of a dilute suspension in pipe flow
刚性颗粒悬浮液在壁面层流中的动力学表现出一些重要而有趣的特征，包括颗粒有序化、横向输运以及出现稳定的、优先的位置，如塞格雷-西尔伯伯格环。形成一个以上的环带是一个特别令人困惑的现象，仍然没有完全解释。在这里，我们提出的数值模拟结果的稀悬浮颗粒在（周期性）管流的格子玻尔兹曼和离散元方法（DEM）的基础上。我们的模拟提供了访问完整的径向位置历史的粒子，而向下游行进。这允许精确地量化瞬态和稳态。我们观察到形成的二次，内环，并表明，它的位置总是朝着塞格雷-西尔伯贝格一个，如果通道是足够长的，证明它是，事实上，雷诺数（Re）的瞬态功能高达600。我们量化的通道聚焦长度（$L_s/2R$）与Re的变化。有趣的是，与点状颗粒的理论预测不同，我们观察到$L_s/2R$随单个颗粒和悬浮液的Re增加而增加。
2022-07-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Caustics and Intermittency in Turbulent Suspensions of Heavy Particles
在不可压缩的湍流中悬浮的非常重的惯性颗粒之间的速度差的统计被发现是非常间歇的。当粒子在粘性子区间内以一定距离分开时，安静的规则区域和多值焦散线之间的竞争导致粒子速度结构函数的准双分形行为，高阶矩带来焦散线的统计特征。相比之下，对于由惯性距离分开的粒子，速度差统计的特征在于局部霍德尔指数，这是尺度依赖的粒子斯托克斯数的函数。高分辨率的直接数值模拟结果的支持。有人认为，这些发现可能有影响的早期阶段的雨滴形成的暖云。
2009-05-08 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
Inertial migration of a rigid sphere in three-dimensional Poiseuille flow
在惯性微流体装置内利用惯性升力来定位、分离和分选颗粒或液滴。然而，目前只能通过数值模拟来预测力及其聚焦位置，这使得合理的设备设计非常困难。在这里，我们开发的微通道几何形状的颗粒上的力的理论。我们使用数值实验来剖析纳维-斯托克斯方程中的主导平衡，并推导出一个渐近模型来预测颗粒上的横向力作为颗粒尺寸的函数。我们的渐近模型是有效的一系列广泛的颗粒尺寸和雷诺数，并允许我们预测如何聚焦位置取决于颗粒尺寸。
2014-12-16 physics.flu-dyn
Inertial effects on the interphase drag force and rheology of dilute suspensions of buoyant droplets at low Reynolds number
IFP Energies Nouvelles（法国石油研究院）
本文研究了低雷诺数下稀释浮力液滴悬浮液中惯性效应对界面摩擦力和流变学的影响，发现有效应力与相对速度、速度方差及其空间梯度的二次项相关。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Effective shear and extensional viscosities of cocentrated disordered suspensions of rigid particles
本文研究了刚性球形颗粒浓非胶态悬浮液的有效剪切粘度$μ^\star$和有效拉伸粘度$λ^\star$。重点是空间无序阵列。我们使用最近开发的离散网络近似技术，以获得渐近公式的粘度作为典型的粒子间距离$δ$趋于零。对于无序阵列，体积分数本身并不决定有效粘度。网络近似的使用使我们能够研究有效粘度对相邻粒子之间的可变距离的依赖性。我们的分析可以被描述为全局的，因为它超越了两个粒子之间流动的局部分析。本文的主要结论是：一般情况下，由整体分析得到的渐近公式不同于由局部分析得到的渐近公式。特别是，领先的$μ^\star$的渐近项是较低的顺序比建议的本地分析（弱爆破），而领先的$λ^\star$的渐近项的顺序取决于粒子阵列的几何形状（无论是弱或强爆破）。我们得到了随机粒子阵列上导致$λ^\star$强爆破的几何条件，并证明了这些条件是通用的。我们还提供了一个例子，一个紧密包装的颗粒阵列的领先项的渐近$λ^\star$退化（弱爆破）。
2004-09-10 physics.flu-dyn
Taylor-Couette flow of hard-sphere suspensions: Overview of current understanding
虽然惯性颗粒负载流发生在广泛的工业和自然过程中，都缺乏对这些流动和连续水平的控制方程的基本了解，需要预测运输和颗粒分布。为此，泰勒-库埃特流（TCF）系统最近已被用来研究惯性下的颗粒负载流体的流动行为。本文概述了中性浮力非布朗悬浮液的TCF相关的实验，理论和计算工作，重点是有限尺寸的颗粒对一系列的流动转变和流动结构的影响。颗粒，取决于它们的尺寸和浓度，导致牛顿流体行为的几个显著偏差，包括移动对应于流动结构中的转变的雷诺数和改变存在于流动中的可能结构。此外，颗粒也可能根据流动结构而迁移，导致滞后效应，从而使流动行为进一步复杂化。目前状态的理论和计算建模的努力来描述的实验观察进行了讨论，并提供了潜在的未来方向，以提高惯性粒子负载流的基本理解的建议。
2022-12-01 physics.flu-dyn
Inertial Screening in Sedimentation
我们使用粒子图像测速测量的非布朗球在雷诺数，$0.001\le Re\le 2.3$，从斯托克斯延伸到中等惯性制度的半稀悬浮液的沉降动力学。我们发现，发生的惯性修正斯托克斯沉降时，惯性屏蔽长度$l=a/Re$变得类似的斯托克斯沉降长度$ξ_0$，在$Re_c= a/ξ_0\approx 0.05$。对于$Re>Re_c$，惯性屏蔽显著降低了粒子速度波动的幅度和空间范围。改进的Hinch力平衡模型将波动幅度$σ_V/V$与相关大小$ξ$联系起来。
2007-09-07 physics.flu-dyn
The effective diffusivity of ordered and freely evolving bubbly suspensions
我们调查的被动标量，如化学物质的浓度，或温度，在均匀的气泡悬浮液中的分散体，通过确定一个有效的扩散系数张量。定义的纵向和横向分量的这个张量相对于平均气泡上升速度的方向在零混合物速度的参考框架，我们专注于对流的贡献，这是预计将占主导地位，在常见的气泡流。我们首先扩展了Koch等人（1989）的理论（该理论用于Stokes流下固体颗粒固定床中的分散），以考虑有序悬浮体情况下的弱惯性效应。在低和高的Péclet数的限制下，包括流动的惯性效应不影响有效扩散率相对于Péclet数的缩放。这些结果证实了在不同的流态，球形或非常变形的气泡和从消失的小到中等的雷诺数值进行直接的数值模拟。标量输运的阵列中的自由上升的气泡被认为是由我们随后，使用数值模拟。在这种情况下，色散被发现是对流增强在低Péclet数，像在有序阵列。在高Péclet数下，有序结构的泰勒色散标度被表征纯机械色散的标度所取代，就像在随机介质中一样，即使无序程度很低。
2022-12-30 physics.flu-dyn
The effect of elastic walls on suspension flow
本文研究了具有可变形弹性壁面的平面Couette流中刚性颗粒的悬浮问题。我们发现，在极限的惯性消失，弹性壁诱导剪切稀化的悬浮液流，使有效粘度降低壁变形能力的增加。这种剪切变稀行为源于刚性颗粒、软壁和载液之间的相互作用;不对称壁变形引起作用于颗粒的净升力，因此颗粒朝向通道的主体迁移。根据我们的观察，我们提供了一个封闭的悬浮液粘度，可用于模拟弹性通道中的任意体积分数的悬浮液的流变学。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of the velocity fluctuations in sedimenting suspensions of rigid fibres
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Univ. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology, Centrale Lille（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国航空发展局、巴黎国立高等工程技术学校、里尔中央理工学院）
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
Inertial migration of an electrophoretic rigid sphere in a two-dimensional Poiseuille flow
在这项工作中，我们分析了惯性迁移的电泳粒子在2-D Poiffille流与电场施加平行的墙壁。对于薄的双电层，颗粒沿着所施加的电场的方向表现出滑动驱动的动电运动，这导致颗粒领先或滞后于流动（取决于其表面电荷）。由这种滑移驱动运动引起的流体扰动的特征在于快速衰减的源偶极场，其改变了粒子上的惯性升力。我们用功的互等定理确定这个惯性升力。假设没有壁效应，我们推导出一个分析表达式的phoretic-lift捕获修改的惯性升降机由于电泳。我们还考虑了墙壁的影响，发现解析表达式是有效的远离墙壁。我们发现，对于一个领先的粒子，phoretic-lift的行为对高剪切的区域（即墙壁），而相反的是真实的一个落后的粒子。使用数量级分析，我们得到不同的组件，有助于惯性力和分类的基础上，它们出现的相互作用。我们表明，占主导地位的贡献phoretic-lift源于相互作用的滑移驱动的源偶极场与应力场（产生由于粒子的电阻应变的背景流）。此外，为了对比滑移驱动现象和力驱动现象对惯性迁移的影响，我们还研究了非中性浮力粒子。结果表明，重力效应主要是通过背景切变与浮力诱导的斯托克斯莱特场的相互作用来改变惯性升力的。
2019-06-09 physics.flu-dyn
Prediction of nonlinear interface dynamics in the unidirectional freezing of particle suspensions with rigid compacted layer
针对颗粒悬浮液单向冻结中参数难确定的问题，本文基于动量定理建立耦合水渗透效应的自洽理论框架，推导界面过冷相关推力并分析动态压实层，通过非线性模型数值解揭示关键参数对界面动力学及冰矛形成机制的影响。
2022-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Rheology of suspensions of viscoelastic spheres: deformability as an effective volume fraction
我们研究悬浮液的可变形（粘弹性）球在牛顿溶剂中的平面Couette几何形状，通过直接数值模拟。我们发现，在极限的惯性消失的悬浮液的有效粘度$μ$增加的体积分数所占用的球体$Φ$增加和减少的弹性模量的球体$G$减少;功能$μ(Φ,G)$崩溃的通用功能，$μ(Φ_e)$，减少有效体积分数$Φ_e(Φ,G)$。值得注意的是，函数$μ(Φ_e)$是公知的Eilers拟合，其描述了刚性球悬浮液在所有$Φ$下的流变学。我们的研究结果提出了新的方法来解释宏观血液流变学。
2018-01-10 physics.flu-dyn
Enhanced heat transport in thermal convection with suspensions of rod-like expandable particles
流体的热对流是一种比扩散更有效的方式将热量从热源带到寒冷的地方。在这里，我们的实验研究的Rayleigh-Bénard对流的甘油水溶液在一个立方体细胞与悬浮的棒状颗粒的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。颗粒由于其大的热膨胀系数和有限的尺寸而具有惯性。颗粒的热膨胀系数比背景流体的大三倍。这种对比使得悬浮颗粒在炎热地区比当地流体轻，而在寒冷地区比当地流体重。当瑞利数（$Ra$）较大时，热输运增强，而当瑞利数（$Ra$）较小时，热输运减弱。我们表明，努塞尔数的增加来自颗粒边界层的相互作用：颗粒作为“积极的”混合器的流场和温度场的边界层。
2021-09-13 physics.flu-dyn
Apparent Breakdown of the Stress-Optic Rule in Rigid-Rod Suspensions: A Stress-Partitioning Interpretation
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）；King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Shinshu University（信州大学）
本研究通过纤维素纳米晶悬浮液的流变-光学实验和福克-普朗克模型，发现应力-光学规则的表观失效源于应力分配而非材料系数，参照布朗应力可统一不同条件下的响应。
2026-09-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial Migration in Micro-Centrifuge Devices
在微量离心装置内，微流体涡旋使用惯性迁移将较大颗粒从异质悬浮液中分离，惯性迁移是一种导致颗粒跨越流线迁移的现象。基于几微米的尺寸差异选择性捕获颗粒的能力使得微量离心机成为捕获血液样品中稀有细胞的有用诊断工具。然而，由于缺乏颗粒捕获力学的定量模型，微型离心机的合理设计一直无法充分发挥其潜力。在这里，我们使用的渐近方法，其中颗粒被准确地建模为奇点在一个线性化的流场，快速计算颗粒轨迹内的微型离心机。我们的捕获阈值和轨迹的预测与已发表的实验数据吻合得很好。我们的研究结果阐明了捕获如何反映背景流中粒子的平流和惯性聚焦之间的平衡，并显示了为什么捕获和未捕获的传入流线的紧密接近使得设计具有尖锐捕获阈值的微型离心机具有挑战性。
2023-03-12 physics.flu-dyn
Effect of particle inertia on the turbulence in a suspension
基于修正的纳维-斯托克斯方程，提出了一种适用于粘性流动稀悬浮液的单流体分析模型，该模型包含了与$k$相关的悬浮液有效密度$ρ_ {eff}(k)$和附加的阻尼项$\propto γ_ p(k)$，该阻尼项代表流体-颗粒摩擦力（由Stokes定律描述）。湍流模型内的统计描述简化的修改通常的封闭程序的基础上的Richardson-Kolmogorov图片的湍流与能量传递项的微分近似。由此产生的常微分方程的能量预算解决解析各种重要的限制情况下，在一般情况下，数值。在惯性尺度范围内，我们解析地描述了两种相互竞争的效应：由于流体粒子摩擦引起的能量抑制和由于小尺度运动的有效密度降低引起的级联过程中的能量增强。由于流体-颗粒摩擦和悬浮液的运动粘度降低的组合效应，惯性间隔的范围的变化引起的，在粘性子范围内可能发生能量密度的附加抑制或增强。这些影响的复杂的相互作用的数值计算支持的分析描述。我们的研究结果可以合理化的各向同性均匀湍流的稀释悬浮液中观察到的直接数值模拟的定性图片。
2003-02-04 nlin.CD physics.flu-dyn
Clustering, fronts, and heat transfer in turbulent suspensions of heavy particles
由湍流输送的重惯性粒子集中在平流被动标量（如温度）显示非常强的前状不连续性的区域。这种新颖的效应是由颗粒采样的被动场的极高水平的波动的原因，该波动影响颗粒与周围流体之间交换的热通量。瞬时和平均的热通量遵循强烈的间歇性统计和异常标度律。
2014-01-09 nlin.CD physics.flu-dyn
Contact-network organization and motion statistics in shear-thickening suspensions
Benjamin Levich Institute, CUNY City College of New York（本杰明·莱维希研究所，纽约市立大学）；Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino（都灵理工大学应用科学与技术系）；Martin Fisher School of Physics, Brandeis University（布兰代斯大学马丁·费舍尔物理学院）；Department of Chemical Engineering, CUNY City College of New York（纽约市立大学化学工程系）
通过润滑流离散元法模拟，研究剪切增稠悬浮液中接触网络组织如何影响粒子运动，发现摩擦接触数、渗流和刚性团簇波动与速度相关性增强的区域一致，并揭示了旋转运动的互补特征。
2026-08-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Heat transfer in laminar Couette flow laden with rigid spherical particles
我们研究了平面Couette流动中的传热与刚性球形颗粒负载通过直接数值模拟使用直接强制浸没边界方法来考虑分散相。采用流体体积法求解颗粒内外的温度场。我们专注于与颗粒雷诺数，总体积分数（颗粒数）和颗粒和流体的热扩散率之间的比率，量化的有效悬浮扩散率的传热的变化。我们表明，当惯性在颗粒尺度是可以忽略不计的，传热增加相对于空载的情况下，最近提出的经验相关性。此外，平均复合扩散系数可以用来预测的有效扩散系数的悬浮液的惯性政权时，改变分子扩散在两个阶段。然而，在有限的颗粒惯性，传热增加显着更大，饱和在更高的体积分数。通过相系综平均，我们确定了不同的机制，有助于总传热，并表明，在有限的惯性观察到的有效电导率的增加是由于增加的运输相关的流体和粒子的速度。我们还表明，在固相中的热传导减少时，增加颗粒雷诺数，使颗粒的低热扩散率弱改变悬浮液中的总热通量在有限的颗粒雷诺数。另一方面，较高的颗粒热扩散率显著增加总传热。
2016-11-07 physics.flu-dyn
Sedimentation of a dilute suspension of rigid spheres at intermediate Galileo numbers: the effect of clustering upon the particle motion
在稀相条件下，对有限尺寸颗粒在三周期区域内的重力沉降进行了直接数值模拟。对于一个单一的固体与流体的密度比为1.5，我们已经考虑了两个值的伽利略数对应于稳定的垂直运动（Ga=121）和稳定的倾斜运动（Ga=178）的情况下，一个孤立的球。对于多粒子系统，我们仅在后一种情况下观察到强粒子聚集。与聚类相关的几何形状和时间尺度由Voronoi曲面细分和粒子条件平均确定。作为聚类的结果，平均颗粒沉降速度增加了12%相比，一个孤立的球的值，这样的集体效应是没有观察到在非聚类的情况下。通过定义一个局部（瞬时）的流体速度平均值在附近的有限大小的颗粒，它示出，所观察到的沉降速度的增强是由于这样的事实，即向下的流体运动（相对于全球平均值），这是在集群区域中引起的优先采样的颗粒。它进一步观察到，粒子速度的方差是强烈增强的聚类的情况下。借助于分解的颗粒速度，它表明，这种增加是由于增强流体速度波动（由于聚类）在附近的颗粒。最后，我们讨论了一个可能的解释观察到的一个关键的伽利略数标志着发病的集群稀释条件下。
2014-06-06 physics.flu-dyn
Rheology of dense fiber suspensions: Origin of yield stress, shear thinning and normal stress differences
我们解释了刚性纤维悬浮液中屈服应力、剪切稀化和法向应力差异的起源。我们调查的流体动力学，胶体的吸引力和排斥力，和纤维间的接触相互作用之间的相互作用。由计算模型得到的剪切稀化粘度和有限屈服应力与文献中的经验结果定量一致。在这项研究中，我们表明，有吸引力的相互作用的结果在刚性纤维的悬浮液中的屈服应力和剪切稀化流变学。考虑到有关纤维悬浮液屈服应力起源的持续讨论，这是一个重要的发现。所提出的模型定量预测流变学的能力不仅限于剪切稀化和屈服应力，而且还延伸到法向应力。
2022-11-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
The impact of porous walls on the rheology of suspensions
本文研究了各向同性多孔壁对球形和刚性颗粒的平面Couette流的影响。我们进行了一个参数的研究，改变$0$和$30\%$之间的体积分数，$0.3$和$0.9$之间的孔隙率和$0$和$7.9 \times 10^{-3}$之间的无因次渗透率。我们发现，多孔壁诱导的悬浮液有效粘度随着壁渗透率的增加而逐渐降低。这种行为是由壁阻塞效应的减弱和在多孔介质的界面处的滑移速度的出现来解释的，这降低了通道中的剪切速率。因此，颗粒旋转和随之而来的速度波动在两个阶段被阻尼，导致减少颗粒相互作用和颗粒应力。基于我们的数值证据，我们提供了一个封闭的一组方程的悬浮液的粘度，它可以用来估计悬浮液的流变性存在的多孔壁。
2020-09-23 physics.flu-dyn
Inertial forces and elastohydrodynamic interaction of spherical particles in wall-bounded sedimentation experiments at low particle Reynolds number
本研究通过实验探究低雷诺数下壁面附近球形颗粒的沉降过程，发现了惯性壁面吸引、非经典速度演化、弹性流体动力捕获等多种现象，揭示了惯性力与弹性效应耦合的弹性流体动力记忆机制。
2024-09-11 physics.flu-dyn
Numerical study of filament suspensions at finite inertia
采用浸入边界法耦合流固耦合，对不同弯曲刚度和雷诺数的半稀和浓纤维悬浮液的流变特性进行了数值研究。纤维被认为是一维不可伸展的细长体与固定的纵横比，服从欧拉-伯努利梁方程。为了理解全局悬浮行为，我们将其与细丝微观结构、变形和弹性能量相关联，并检查应力预算以量化弹性贡献的影响。在体积分数一定的情况下，悬浮液的粘度随抗弯刚度的减小而减小，随雷诺数的增大而增大。相对粘度的变化在有限惯性下更强，尽管仍然在这里考虑的层流状态下。此外，我们发现的第一个正常的应力差是积极的聚合物流体，并增加与雷诺数，其值有一个峰值的中间值的长丝弯曲刚度。峰值被发现是成比例的雷诺数，移动到更刚性的悬浮液在更大的惯性。此外，粘度增加时，增加的长丝的体积分数，并与弯曲刚度的长丝应力的增加率是更强的在较高的雷诺数和减少的体积分数。我们发现，这种行为与形成一个更有序的结构中的流动，其中长丝往往是更对齐，并作为一个紧凑的聚集体移动，从而减少了顺应性长丝的相互作用，尽管它们的体积分数增加。
2019-09-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Suspensions of deformable particles in a Couette flow
我们认为悬浮液的变形粒子在牛顿流体的完全欧拉数值模拟与一个连续的制定。研究了粘弹性悬浮液在惯性消失极限下的平面Couette流中的流变特性，考察了有效粘度$μ$对固体体积分数$Φ$、毛细管数$\mbox{Ca}$和固液粘度比$\mbox{K}$的依赖性。悬浮液粘度随变形和施加的剪切（剪切变稀）而降低，同时仍随体积分数而增加。我们发现，$μ$崩溃的通用功能，$μ\left( Φ^{\rm e} \right)$，与有效体积分数$Φ^{\rm e}$，低于标称的，由于颗粒变形。Eilers拟合很好地描述了该通用函数，其很好地近似了在所有$Φ$下刚性球悬浮液的流变学。我们提供了一个封闭的有效体积分数$Φ^{\rm e}$作为体积分数$Φ$和毛细血管数$\mbox{Ca}$的函数，并证明它也适用于胶囊和红细胞悬浮液的文献中的数据。此外，我们表明，正常的应力差异表现出非线性的行为，在聚合物和长丝悬浮液中具有类似的趋势。总的应力预算表明，颗粒引起的应力贡献与体积分数$Φ$增加和变形能力降低。
2018-01-30 physics.flu-dyn
Particle shapes leading to Newtonian dilute suspensions
众所周知，颗粒在粘性流体中的悬浮液可以显著影响流变学，即使在稀悬浮液中也产生显著的非牛顿响应。然而，这是不清楚的先验粒子形状导致这种行为。我们提出了两个简单的对称性条件的形状，这是足够的稀悬浮液是牛顿的所有应变大小和一个足够的牛顿行为的小应变。我们还构造了一类形状薄，刚性杆没有发现的对称性参数共享此属性为小应变。
2019-12-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Fast and accurate solvers for simulating Janus particle suspensions in Stokes flow
我们提出了一种新的计算框架，模拟刚性球形Janus粒子在斯托克斯流中的悬浮液。我们表明，远程Janus粒子相互作用的广泛的应用可以解决使用快速，光谱精确的边界积分方法定制的多分散悬浮液的球形颗粒。这些都被纳入我们的刚体斯托克斯平台。我们的方法的特点是使用球谐展开的光谱精确的积分算子的评估，互补性为基础的碰撞解决方案，和最佳O（n）缩放粒子数时，通过快速求和技术加速。我们通过三个在生物医学应用中突出的Janus粒子系统的关键例子展示了我们平台的灵活性：两亲性，双极电和泳动粒子。我们制定Janus粒子相互作用的边界积分形式和展示特征的自组装和复杂的集体行为为每种粒子类型。
2021-04-29 cond-mat.soft cs.CE cs.NA
Two regimes of dilute turbulent settling suspensions under shear
本文数值研究了剪切流中稀释非惯性沉积物的湍流沉降，发现根据沉降速度可分为均匀弱分层湍流和顶部湍流底部间歇边界层两种状态，中等沉降速度下流动层流化。
2025-05-27 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Thin-film flows of granular suspensions on a solid surface
本文综述了颗粒悬浮液在固体基底上铺展的薄膜流动动力学，重点分析了液滴铺展与浸涂两种典型情形中自由表面与悬浮液微观结构的耦合效应。
2025-10-13 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial Effects on the Stress Generation of Active Fluids
悬浮的自推进机构产生一个独特的机械应力，由于他们的运动，影响他们的大规模集体行为。微泳者悬浮在流体中的粒子惯性可以忽略不计，我们已经表明，维里的“游泳应力”是一个有用的量来理解的流变学和非平衡行为的活性软物质系统。对于像鱼类这样的大型自走生物，目前还不清楚颗粒惯性如何影响它们的压力产生和集体运动。在这里，我们分析了有限的粒子惯性对机械压力（或应力）所产生的悬浮液的自推进机构的影响。我们发现，所有规模的游泳运动员产生一个独特的“游泳压力”和“雷诺应力”，影响他们的集体运动。我们发现，粒子惯性起着类似的作用，限制在过阻尼主动布朗系统，减少游泳者的运行长度减少游泳应力，影响相行为。尽管游动应力和雷诺应力随粒子惯性的大小而单独变化，但两者的贡献之和与粒子惯性无关。这指出了在非平衡系统的计算机模拟中计算应力时的一个重要概念--雷诺应力和维里应力都必须计算以获得系统产生的总应力。
2017-09-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
How inertial lift affects the dynamics of a microswimmer in Poiseuille flow
我们分析了在压力驱动的Poiffille流，流体惯性很小，但不可忽略的动力学的microswimmer。使用微扰理论和互易定理，我们表明，除了经典的惯性升力的被动粒子，主动性质产生一个“游泳升力”，我们评估中性和推/拉型游泳者。考虑到流体惯性，产生了丰富的新的复杂动力学谱，包括翻滚状态，其中翻滚与稳定的中心线游泳或摆动共存。动态是敏感的游泳者的流体动力学签名，远远超出了在消失的流体惯性的结果。我们的工作将有非平凡的影响，在微通道中的主动悬浮液的运输和分散。
2021-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Normal stress differences in dense suspensions
采用无惯性粒子动力学模拟方法，考虑流体动力润滑和摩擦接触力，研究了在简单剪切流动下稠密悬浮液中法向应力差的存在和微观起源。悬浮颗粒之间的流体动力学和接触力的协同作用被认为是负贡献的第一法向应力差$N_1$的起源，而观察到的$N_1$在较高的体积分数附近堵塞的正值是由于在硬球极限不能占的影响。此外，我们发现，应力各向异性引起的平面性的简单剪切流消失的体积分数接近堵塞点的无摩擦颗粒，而它仍然是有限的情况下的摩擦颗粒。
2018-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Clogging in constricted suspension flows
通过对单个颗粒的跟踪，对荷电稳定悬浮液在单个狭窄通道中的流动进行了实验研究。令人惊讶的是，该行为被发现是定性相似的惯性干燥颗粒系统：对于较小的颈部颗粒尺寸比（D/d<3）的值，堵塞随机形成的颗粒跨越收缩的拱形。堵塞事件的统计是泊松报告的颗粒系统和同意，对于中等颗粒体积分数（$ϕ\approx20\%$），与一个简单的随机模型的颗粒数量在颈部。对于较大的颈部尺寸（D/d>3），即使在实验中可实现的最大$ϕ$（$\approx60\%$）下，也观察到不间断的颗粒流，其类似于沙漏的颗粒流。在过渡到实际上不间断的流动时D/d的这个特别小的值归因于通过颗粒的官能化和润滑实现的颗粒之间的低有效摩擦。
2017-11-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Inertial migration of neutrally buoyant particles in square channels at high Reynolds numbers
关键词悬浮，惯性聚焦，颗粒负载流，高雷诺数短摘要在过去的二十年中，在微尺度下的方形通道流中的颗粒的惯性迁移已经被深入研究。众所周知的四个平衡位置位于中等雷诺数下每个通道面的中心附近[1]。最近，Miura等人[2]通过实验揭示了雷诺数高于250时，毫米级方形通道中存在8个平衡位置。本工作的目的是将这些结果在毫米尺度上得到的微米尺度。为此，在原位可视化的颗粒在方形微通道中流动的雷诺数范围从5到300已进行和分析。
2019-03-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Interplay of inertia and deformability on rheological properties of a suspension of capsules
惯性和可变形性的相互作用对悬浮在流体中的软颗粒的输送具有实质性影响。然而，到目前为止，这些系统的透彻理解仍然缺失，只有有限数量的实验和理论研究。本文结合有限元法、浸入边界法和格子玻尔兹曼方法对有限雷诺数下平面Poiquillille流作用下的软颗粒悬浮液进行了三维数值模拟。我们的研究结果证实，当惯性存在时，颗粒变形和倾斜增加。我们观察到，Segré-Silberberg效应被抑制相对于颗粒的变形能力。根据惯性效应的变形能力和强度，颗粒发生向内或向外的横向迁移。特别是，对于增加雷诺数和强烈变形的颗粒，迄今未报道的明显的流聚焦效应出现，这是伴随着非单调行为的表观悬浮液粘度和厚度的无颗粒层接近通道壁。当变形性和惯性效应都相关时，这种效应可以用单个颗粒的行为和颗粒碰撞机制的变化来解释。
2014-06-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Aggregation and fragmentation dynamics in random flows: From tracers to inertial aggregates
我们调查聚集和破碎动力学的示踪剂和惯性聚集体在随机流导致稳态尺寸分布。我们的目标是阐明聚集率的变化的影响，由于平流动力学的差异，特别是相对于惯性效应的影响。与此同时，这种聚集过程被局部水动力应力引发的碎裂所平衡。我们的研究采用了基于单个粒子的模型，跟踪每个聚集体的位置，速度和大小。我们比较了由示踪剂和惯性聚集体形成的稳态尺寸分布，其特征在于不同的尺寸和密度。一方面，我们表明，尺寸分布改变其形状与悬浮液的稀释率的变化。另一方面，我们得到的尺寸分布形成的单体之间的结合强度不同，可以重新缩放到一个单一的形式与使用的特征尺寸为致密的惯性粒子和示踪剂单体。然而，如果粒度分布包含表现为示踪剂样和惯性样的聚集体，则最后一种标度关系也失败，这导致不同标度之间的交叉。
2017-05-06 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Active Turbulence
活性流体表现出具有复杂时空结构的自发流动，已经在细菌悬浮液、精子细胞、细胞骨架悬浮液、自推进胶体和细胞组织中观察到。尽管在没有惯性的情况下发生，但混沌主动流使人联想到惯性湍流，因此它们被称为主动湍流。在这里，我们调查的领域，提供了一个统一的观点，在不同类别的活跃的湍流。为此，我们将我们的评论分为几个部分，分别针对具有极性或极性阶的系统，以及具有或不具有动量守恒（湿/干）的系统。与惯性湍流相比，我们强调了幂律标度的出现，无论是普适指数还是非普适指数。我们还对比的情况下，从稳定到混沌流的过渡，我们讨论的能量级联的情况下。我们把这一特征与主动湍流中固有尺度的存在和能量注入的自组织性质联系起来，这是与惯性湍流的根本区别。最后，我们概述了正在出现的情况，仍然存在的挑战和未来的方向。
2021-04-05 cond-mat.soft nlin.CD nlin.PS
Stochastic suspensions of heavy particles
不可压缩流中重颗粒的湍流悬浮问题是近年来研究的热点问题。大量的工作集中在粒子的惯性和耗散动力学对其动力学和统计特性的影响上。在模型流中悬浮物的研究取得了实质性的进展，虽然模型流简单得多，但再现了在真实湍流中观察到的大多数重要机制。本文介绍了在时间不相关和空间自相似的高斯流中悬浮的一对粒子的相对运动的最新进展。这项审查得到了新成果的补充。通过引入一个随时间变化的斯托克斯数，证明了惯性粒子的相对色散渐近恢复与简单示踪剂相关的理查森扩散。一个微扰（turbativation）技术是用于小斯托克斯数渐近，并导致解释一阶修正示踪剂动态的有效漂移。这种扩展意味着关联维数亏损线性地表现为斯托克斯数的函数。数值模拟结果验证了该预测方法的有效性和准确性。
2007-10-12 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Spatio-temporal dynamics of dilute red blood cell suspensions in a microchannel flow at low Reynolds number
微流体技术通常用于红细胞（RBC）悬浮液的操作和流动介导的生物力学分析。为了提高微流控装置的性能，了解其中处理的悬浮液的动力学是至关重要的。我们报告的红细胞悬浮液在低雷诺数下流过一个典型的微通道的时空动力学的新方面。通过实验与稀释的红细胞悬浮液，我们发现一个偏离中心的两个峰值（OCTP）的细胞分布相反，通常报告的低惯性流的集中分布。这让人想起了由惯性效应引起的众所周知的“管状箍缩效应”。然而，在我们的实验中，考虑到惯性可以忽略不计的条件，需要对这种OCTP曲线进行另一种解释。我们使用浸没边界格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）在真实尺寸的微流体尺寸中对RBC流动进行了并行模拟，证实了实验结果，并阐明了违反直觉的RBC模式的潜在机制。通过分析红细胞迁移和无细胞层（CFL）的发展在一个高纵横比的通道，我们表明，这样的分布是共同决定的空间衰减的流体动力升力和全球缺乏细胞分散在稀悬浮液。我们发现CFL的发展长度大于46和28水力直径的实验和模拟，分别超过典型的长度的微流体设计。我们的工作突出了稀释悬浮液中瞬时细胞分布的关键作用，如果不考虑这可能会对实验结果的可靠性产生负面影响。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Load impedance of immersed layers on the quartz crystal microbalance: a comparison with colloidal suspensions of spheres
这里推导出的分析理论的声学负载阻抗测量的石英晶体微天平（QCM），由于存在的不同类型的层（刚性，弹性和粘性）浸没在流体中，显示通用的属性，如“消失的质量”和正频移，这已被观察到在QCM实验与软物质系统。这些现象似乎与许多QCM测量的核心著名的Sauerbrey关系相矛盾，但在这里，我们表明它们是流体力学的自然结果。我们比较我们的一维浸没板理论与刚性和柔性的亚微米尺寸的悬浮球的三维模拟，并与吸附的微米尺寸的胶体产生的“负声质量”的实验结果。揭示的平行行为表明，QCM响应是高度敏感的流体力学，即使是吸附的胶体。我们的结论要求修改现有的理论的基础上的附着力和弹性刚度在接触，在大多数情况下，应包括流体力学。
2020-05-07 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Suspensions of viscoelastic capsules: effect of membrane viscosity on transient dynamics
本文通过IB-LB数值模拟研究膜黏度对粘弹性胶囊悬浮液瞬态动力学的影响，发现其作用随体积分数非平凡变化，稠密高表面黏度悬浮液更抗变形但加载时间与无表面黏度胶囊相当，为设计更丰富的力学特征组合提供了新可能。
2023-07-03 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Suspensions of deformable particles in Poiseuille flows at finite inertia
我们分析了压力驱动流中的可变形颗粒悬浮液。悬浮液是由中性浮力最初的球形颗粒和牛顿载体流体，并通过直接的数值模拟，使用一个完整的欧拉方法的基础上的一个连续制定解决的流量。固相采用不可压缩的粘性超弹性本构关系建模，流动的特征由固相体积分数、雷诺数和毛细管数三个主要的无量纲参数表征。有效粘度对这三个量的依赖关系进行了研究，以研究惯性效应对悬浮的可变形颗粒。可以观察到，悬浮液具有剪切稀化行为，并且在高剪切速率下有效粘度的降低在更密集的配置中被强调。雷诺数和毛细管数的单独分析表明，有效粘度取决于毛细管比雷诺数。此外，我们的模拟表现出一致的趋势，可变形的颗粒向中心的通道，其中的剪切速率是低的。这种现象对于非常稀的悬浮液特别明显，其中靠近壁的整个区域没有颗粒。此外，当体积分数增加时，由于更高的相互颗粒相互作用，该近壁区域逐渐被占据。变形能力在这个过程中也起着重要的作用。事实上，在高毛细管数下，颗粒对剪切速率变化更敏感，并且可以更容易地改变它们的形状以在通道的中心区域容纳更多数量的颗粒。
2020-10-20 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
A scalable computational platform for particulate Stokes suspensions
我们描述了一个计算框架，用于模拟牛顿Stokes流中刚性颗粒的悬浮液。一个中心的构建块是一个碰撞解决算法，克服了粒子碰撞所产生的数值约束。该算法将非光滑多体动力学的互补方法推广到求解稠密刚体悬架中的碰撞问题。这种方法制定的冲突解决问题作为一个线性互补问题的几何“非重叠”的约束，在每个时间步长。然后将其转化为一个约束二次规划问题，并采用Barzilai-Borwein投影梯度下降法求解。该框架被设计为适用于任何凸形颗粒形状，例如，球和球柱，并且适用于任何斯托克斯迁移率求解器，包括Rotne-Prager-Yamakawa近似、斯托克斯动力学和PDE求解器（例如，边界积分和浸入边界方法）。特别地，该方法施加牛顿第三定律并记录整个接触网络。此外，我们描述了一个快速，并行，和光谱精确的边界积分方法为球形颗粒量身定制，能够解决润滑效果。我们表现出弱和强的平行缩放到$8\times 10^4$粒子与约$4\times 10^7$自由度的$1792$核心。我们展示了这个框架的多功能性与几个例子，包括沉淀的粒子簇，和活跃的物质系统组成的合奏驱动旋转的粒子。
2020-05-15 cond-mat.soft cs.CE physics.comp-ph
Three-dimensional active turbulence in microswimmer suspensions: simulations and modelling
该研究通过大规模流体动力学模拟揭示微型游泳者悬浮液三维主动湍流的 $k^{-3}$ 能谱与 Lévy 型速度分布，并提出降阶壳式模型解释低 Reynolds 数下速度梯度与细菌取向耦合导致的多尺度机制。
2025-03-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
