Molecular dynamics simulations of the rotational and translational diffusion of a Janus rod-shaped nanoparticle
利用分子动力学（MD）模拟研究了Janus棒状纳米粒子在稠密Lennard-Jones流体中的扩散行为。Janus粒子被建模为一个刚性圆柱体，其每个半侧上的原子与流体分子具有不同的相互作用能，因此包括润湿和非润湿表面。我们发现，旋转和平移扩散系数较大的Janus颗粒具有较高的润湿性对比度，这些值之间的两个极限情况下均匀润湿和非润湿颗粒的约束。它还表明，扩散系数的值的位移平行和垂直于长轴的均匀润湿颗粒同意以及与分析预测，尽管在MD模拟中存在的颗粒表面的有限滑移。它进一步表明，Janus颗粒的扩散是显着不同的均匀颗粒，即，Janus颗粒优先旋转和取向的非润湿侧沿位移矢量，以减少阻力。这种平移和旋转之间的相关性是一致的扩散动力学的球形Janus粒子与两个半球不同的润湿性与以前的结果。
2017-04-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Angular dynamics of a small particle in turbulence
我们计算了一个中性浮力近球形粒子浸没在不稳定流体的角动力学。我们假设粒子是小的，它的平移滑移速度可以忽略不计，非定常和对流惯性是小扰动。我们推导出一个近似的扭矩的粒子，确定第一惯性修正杰弗里的方程。这些修正是由于局部涡拉伸而产生的，并且在局部涡拉伸很强并且与湍流的不可逆性密切相关的湍流中可能很大。
2016-10-02 physics.flu-dyn
Inertial Range Scaling in Rotations of Long Rods in Turbulence
我们测量了长度为$2.8 < l/η<72.9 $的中性浮力棒在湍流中的转动统计。对于在惯性范围内的长度的粒子，我们推导出的均方旋转速率，$< \dot{p}_i \dot{p}_i > \propto l^{-4/3}$的标度关系，并表明测量方法，这种缩放。从建议的缩放的偏差被解释为耗散范围尺度的效果。棒旋转速率的拉格朗日自相关的相关时间与棒的大小的涡流的翻转时间成比例。测量单根长杆的旋转动力学特性为研究不同长度尺度下流动的空间结构提供了一种新的途径。
2013-04-19 physics.flu-dyn
Translational and rotational non-Gaussianities in homogeneous freely evolving granular gases
针对颗粒气体建模中粗糙度的影响问题，采用Sonine近似研究非弹性粗糙颗粒组成的自由演化均匀颗粒气体的均匀基态，构建了涵盖球、盘情形的通用理论，确定其速度分布的非高斯性并通过模拟验证。
2023-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rotational dynamics of bottom-heavy rods in turbulence from experiments and numerical simulations
我们成功地在湍流流体流动中进行了三维跟踪的小的不对称颗粒是中性浮力和底部重，即，它们沿其对称轴具有不均匀的质量分布。我们的实验表明，一个微小的质量不均匀性可以影响颗粒取向沿首选的垂直方向，并修改其翻滚率。该实验是由一系列的模拟的基础上现实的Navier-Stokes湍流和一个点状的颗粒模型，能够探索的重力扭矩稳定数和颗粒的纵横比的参数空间的全范围内的补充。我们提出了一个理论微扰预测有效的高底重制度，同意与观察到的优先取向和翻滚率的颗粒。我们还表明，重尾形状的翻滚率的概率分布函数的影响很弱的底部沉重的颗粒。
2020-12-10 physics.flu-dyn
Steady state in a gas of inelastic rough spheres heated by a uniform stochastic force
在这里，我们研究的非弹性粗糙球的颗粒气体中达到的稳定状态，受到空间均匀的随机体积力。随机力具有所谓的白噪声的形式，并且通过将脉冲添加到粒子平移速度来起作用。我们工作出相应的速度分布函数的分析解决方案，从Sonine多项式展开，显示能量之间的非均分的平移和旋转模式，平移和旋转的峰度，和旋转速度的相关性。通过与玻尔兹曼动力学方程的数值解（通过直接模拟蒙特卡罗方法）的比较，我们表明，我们的解析解提供了一个很好的描述，在一定范围内的非弹性和粗糙度定量非常准确。我们还发现了三个重要的功能，使强制颗粒气体的稳定状态非常不同的均匀冷却状态（实现由非强制颗粒气体）。首先，边缘速度分布总是接近麦克斯韦分布。第二，有一个连续的过渡到纯光滑极限（粒子旋转的影响被忽略）。第三，角速度-旋转速度的相关性显示出对准垂直相互取向的偏好（这被称为“举网球”行为）。
2015-11-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Decaying turbulence and developing chaotic attractors
在自由衰减湍流中，研究了分布混沌的两个主要吸引子之间的竞争，一个与平移对称性（均匀性）有关，另一个与旋转对称性（各向同性）有关。结果表明，与统计稳定的均匀各向同性湍流的情况下，与旋转对称性（和Loitsyanskii积分控制）的吸引子可以主导湍流局部动力学在衰减的中间阶段，因为与平移对称性（和Birkhoff-Saffman积分控制）的吸引子仍然没有得到足够的发展。DNS数据被用来支持这一结论。
2016-02-15 nlin.CD physics.flu-dyn
An ES-BGK model for diatomic gases with correct relaxation rates for internal energies
我们提出了一个新的双原子气体的ES-BGK模型，该模型允许由Landau-Teller和Jeans弛豫方程给出的双原子气体的自旋-转动和自旋-振动能量交换。该模型与DSMC求解器中常用的振动和旋转碰撞数的一般定义一致。它被证明满足H定理，并给出正确的传输系数，体积粘度。
2022-02-22 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Universal Translational and Rotational Mobility Expressions of Phoretic and Self-phoretic Particles with Arbitrary Interaction Potentials
本研究结合两类泳动迁移率计算方法的优势，推导了具有任意相互作用势的泳动与自泳动粒子的通用平移旋转迁移率表达式，验证了其在多场景下的有效性，并探究了自推进与外场驱动的竞争机制。
2024-08-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of finite-size spheroids in turbulent flow: the roles of flow structures and particle boundary layers
本文利用完全解析的数值模拟方法研究了流体动力学湍流中中性浮力有限大小球体的平移和旋转动力学。我们研究轴对称的形状，从扁长，和粒子的体积依赖性。我们表明，非球形惯性尺度粒子的加速度和旋转所经历的体积过滤的流体力和扭矩的结果，类似于球形粒子。然而，颗粒取向携带与周围的流动结构，这是反映在不同的轴向和横向波动的加速度和旋转速率的优先对齐的签名。即使对于体积当量直径尺寸在惯性范围内的颗粒，也不会发生取向的随机化，此处在$Re_λ=120$下高达60 $η$。此外，我们表明，流体周围的颗粒边界层的作用不能被忽略，以达到定量的理解粒子的统计动力学，因为它们影响的强度的角速度，和相对于旋转旋转翻滚的相对重要性。这项研究带来了在均匀和各向同性湍流的重要性，以及它们对中性浮力体的大小在惯性范围内的运输的影响，惯性尺度的流结构。
2022-02-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Jittery velocity relaxation of an elastic sphere immersed in a viscous incompressible fluid
本文从线弹性力学方程和线性化的纳维-斯托克斯方程出发，研究了弹性球在粘性不可压缩流体中的速度松弛问题。据发现，平移运动后突然的脉冲和旋转运动后突然扭转显示抖动的行为在长时间的制度，与许多逆转的速度，如果球是足够灵活的。在极端的长时间制度的平移和旋转速度松弛功能的每个衰减与一个通用的代数长时间的尾巴。球的附加质量和附加转动惯量为零。
2014-02-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Driven and undriven states of multicomponent granular gases of inelastic and rough hard disks or spheres
从最近推导的能量产生率的平移和旋转自由度的数量，不同的颗粒温度的气体混合物的非弹性和粗糙的磁盘或球体进行了比较研究。考虑了均匀自由冷却状态和随机恒温器驱动状态。结果发现，每个粒子的碰撞松弛数一般是较小的磁盘比球，平均角速度松弛更迅速的温度比。在非驱动系统的渐近状态下，旋转平移不均分在圆盘中比在球体中更强，而它几乎不依赖于驱动系统中的粒子类别。另一方面，组件组件的非均分的程度是较高的球体比磁盘，无论是驱动和非驱动系统。模拟效应（多组分气体模仿单组分气体的旋转-平移温度比）的研究也进行了。
2019-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Interplay between polydispersity, inelasticity, and roughness in the freely cooling regime of hard-disk granular gases
考虑了由非弹性粗糙硬磁盘组成的多分散颗粒气体。重点放在动力学理论推导的部分能量生产率和总冷却速率的函数的部分密度和温度（平移和旋转）和参数的混合物（质量，直径，惯性矩，和相互系数的正常和切向恢复）。结果适用于均匀冷却状态的系统和相关的非均分的能量之间的不同组件和自由度。它被发现，磁盘通常呈现出较强的旋转平移不均分，但较弱的组件组件不均分比球体。一个值得注意的“拟态”的效果被揭开，根据该多分散气体的磁盘具有共同的值的恢复恢复系数和减少的转动惯量可以从一个单分散气体中的旋转平移能量不均分的程度是什么区别。该效应要求组分$i$的盘的质量与$2σ_i+\langleσ\rangle$近似成比例，其中$σ_i$是盘的直径，$\langleσ\rangle$是平均直径。
2018-07-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
