A homogenised model for dispersive transport and sorption in a heterogeneous porous medium
本文通过多尺度均匀化方法，针对变面积非周期单元的二维非均匀多孔介质，推导了包含扩散、平流和弥散的宏观输运与吸附有效连续介质方程，并验证了弥散分量满足幂律。
2024-10-15 physics.flu-dyn
Features of the Contact Angle Hysteresis at the Nanoscale: A Molecular Dynamics Insight
本研究利用分子动力学方法模拟了纳米尺度下液滴在外力作用下的形状，开发了准确评估前进与后退润湿角的解析模型，发现毛细管力与粘性力的相互作用及界面滚动运动对液滴形状至关重要，并验证了宏观Cox-Voinov模型在特定条件下的适用性。
2024-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.atm-clus
Nanoscopic spontaneous motion of liquid trains: non-equilibrium molecular dynamics simulation
宏观实验表明，由于表面张力的不对称性，两个互不相溶的液滴组成的训练（一个双液滴）可以在毛细管中自发运动。我们使用Lennard-Jones流体的分子动力学模拟来证明亚微米管中NVT系综的这种现象。我们故意调整分子间力的强度，并控制在不同的润湿和粘度条件下的bislug的速度。我们计算的速度分布的粒子通过管，并解释了偏离经典抛物线的起源。我们发现，自生成的分子流类似于Poiffille定律时，管的半径与其长度的比率是小于一个临界值。
2009-12-12 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Capillary Rise in Nanopores: Molecular Dynamics Evidence for the Lucas-Washburn Equation
当毛细管插入到液体中时，液体将快速流入其中。这种现象在宏观尺度上已经得到了很好的研究和理解，本文通过分子动力学模拟对纳米管的粗粒度模型进行了研究。一个简单的Lennard-Jones流体和聚合物熔体的模型被认为是。在这两种情况下，经过一段短暂的时间（几纳秒）后，弯月面根据$\sqrt{\textrm{time}}$定律上升。然而，对于聚合物熔体，我们发现，毛细管流动表现出滑移长度$δ$，与纳米管半径$R$的大小相当。我们表明，在纳米管中的吸胀过程的一致的描述是唯一可能的修改后的卢卡斯-沃什伯恩定律，明确考虑到滑移长度$δ$。
2007-03-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Interface learning in fluid dynamics: statistical inference of closures within micro-macro coupling models
流体动力学中的许多复杂多物理场系统涉及在计算域的不同区域中使用具有不同近似水平的求解器来解决流动中存在的多个时空尺度。解决方案的准确性取决于这些求解器之间如何在接口处交换信息，并且已经为这种耦合问题设计了几种方法。在这篇文章中，我们构建了一个数据驱动的模型，通过空间耦合的微观格子玻尔兹曼方法（LBM）求解器和宏观有限差分方法（FDM）求解器的反应扩散系统。微观-宏观求解器之间的耦合在接口处具有一对多的映射，导致接口闭合问题，并且我们提出了基于神经网络的统计推断方法来学习这种闭合关系。在FDM和LBM域之间划分的双保真度设置中，所提出的框架的性能显示了其对复杂系统的承诺，其中微观-宏观求解器之间的分析关系不可用。
2020-08-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Universal Molecular-Kinetic Scaling Relation for Slip of a Simple Fluid at a Solid Boundary
使用的观察，在简单的流体在低和中等的剪切速率的滑动是一个热激活的过程中，在流体中的剪切应力接近固体边界驱动，我们开发了一个分子动力学模型，简单的流体在固体边界的滑动。所提出的模型，这是一个通用的比例关系，连接滑移和剪切速率的形式，减少到众所周知的Navier滑移条件下低剪切条件下，提供了一个直接的连接分子参数和滑移长度。分子动力学模拟与预测的滑移对系统参数的依赖性非常一致，包括温度和流体-固体相互作用强度。我们的模型和以前的工作，以及模拟和实验结果之间的连接进行了探讨和讨论。
2019-06-13 physics.flu-dyn
Bridging scales in multiscale bubble growth dynamics with correlated fluctuations using neural operator learning
Artificial Intelligence Innovation and Incubation Institute, Fudan University（复旦大学人工智能创新与孵化研究院）；Division of Applied Mathematics, Brown University（布朗大学应用数学系）；Department of Mechanical Engineering, Clemson University（克莱姆森大学机械工程系）
提出一种复合神经算子模型，通过集成mDPD与RP模型并融合深度算子网络和LSTM，实现了跨微宏观尺度的非线性气泡动力学及随机涨落的准确预测。
2024-03-20 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
An electromechanics-driven fluid dynamics model for the simulation of the whole human heart
本文构建由四腔电机械模型驱动的整心多物理场多尺度 CFD 模型，经 RDQ20 校准后可定量再现生理与左束支传导阻滞病理血流动力学。
2024-03-05 cs.CE cs.NA math.NA
Implicit Molecular Stresses in Weakly-Compressible Particle-Based Discretization Methods for Fluid Flow
基于弱可压缩粒子的离散化方法用于求解亚音速纳维-斯托克斯方程，在流体动力学界越来越受欢迎。其中最流行的方法之一是弱可压缩光滑粒子流体动力学（WCSPH）。由于单个数值粒子的动力学是由流体动力学输运方程确定的，因此每个定义的粒子应该代表均匀的流体元素。然而，它可以很容易地认为，一个单一的粒子行为只有伪拉格朗日，因为它是受体积分割误差，很难适应其形状的实际流体流动。因此，我们将假设内核支持提供了一个更好的实际流体元素的代表。通过非平衡分子动力学（NEMD）分析，推导了基于核的流体元件的等温输运方程。NEMD分析的主要发现是一个分子应力张量，这可能有助于解释当前在弱可压缩粒子离散化方法的应用中遇到的问题。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Hybrid continuum-molecular modeling of fluid slip flow
微/纳米尺度固体输送机中的流体系统的实验已经显示出违反了经典流体力学所采用的无滑移假设。为了校正流体滑移的这种力学，已经提出了各种方法来确定滑移边界条件。然而，这些方法已经揭示了矛盾的结果，为各种系统，和辩论的机制和条件的流体滑移/无滑移过去固体表面是持续了很长一段时间。在本文中，我们建立了混合连续介质-分子模拟（HCMM）作为一种通用的方法来模拟流体滑移流动的影响下，多余的流体-固体分子相互作用。这种建模方法假设流体在固体表面上流动，有/没有滑动，这取决于施加在流体上的脉冲和由于过量的流体-固体分子相互作用引起的阻力之间的差异。在HCMM中，纳维-斯托克斯方程被修正为多余的流固相互作用。流体-固体相互作用的测量被并入流体粘度中。我们证明了通过滑移边界条件对流体力学进行修正是不准确的，因为流固相互作用会对流体内部产生影响。为了显示所提出的HCMM的有效性，它被实现为纳米管中的水流。通过对90多个不同流体系统的实验和分子动力学模拟的比较，验证了HCMM的有效性。我们预见，流体滑移流的混合连续-分子模拟将在流体力学中找到许多重要的实现。
2020-08-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Optimal Control of Molecular Motion Expressed Through Quantum Fluid Dynamics
提出了一种用于原子和分子系统优化操纵的量子流体动力学控制方法。在量子流体动力学中，控制量子系统用概率密度和量子流表示。这种变量的选择是由流体动力学变量的通常预期的缓慢变化的空间-时间依赖性激发的。用量子流体动力学方法研究了HCl在外加电场作用下的基态电子动力学。
2000-08-31 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Hybrid molecular-continuum fluid dynamics
我们描述了致密流体混合原子/连续体模型的最新进展。本文讨论了非定常流中分子动力学描述的区域和纳维-斯托克斯方程描述的邻近区域之间的质量、动量和能量传递的一般实现。还研究了粒子系统的涨落对格式精度的影响。
2004-01-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular dynamic simulation of the fluid concentration fluctuations in twodimensional porous medium
采用分子动力学方法模拟了二维多孔介质中流体的渗流过程。在初始时间点产生高浓度的流体，并且在所有多孔介质中研究流体颗粒的数量。颗粒浓度、孔隙和相互作用势参数是变化的.在所有的情况下，颗粒浓度衰减很好地描述了指数函数。孔间通道的减少导致弛豫时间的增加，且与体系尺寸无关。在实际过滤过程中观察到这种现象。
2003-05-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Kinetics of Phase Separation in Fluids: A Molecular Dynamics Study
我们目前的结果，从广泛的三维分子动力学（MD）模拟的相分离动力学在流体中。一个粗粒化的过程是用来获得国家的最先进的MD结果。我们观察到一个延长的时间线性增长的粘性流体动力学制度。在流体和固体中的粗化的形态相似性也被量化。速度场的特点是存在的类似的缺陷，从而产生一个广义的Porod尾在相应的结构因子。
2010-05-27 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
A glimpse of fluid turbulence from the molecular scale
报道了三维空间自由衰减湍流的大尺度分子动力学模拟。通过从粗粒度场中消除热分量，从微观状态定义流体分量。流体组分的能谱被观察到根据从流体的能量耗散率和粘度确定的Kolmogorov标度合理地缩放，即使Kolmogorov长度是分子尺度的量级。
2014-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Water surface swimming dynamics in lightweight centipedes
研究发现轻质蜈蚣L. forficatus在水面靠尾到头的身体波而非14对足推进，流体波阻力主导其运动，微生物波阻力理论可解释其游动表现并为运动控制提供假说。
2024-09-13 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Multiscale Approach to Fluid-Solid Interfaces: An overview of methodologies coupling fluid mechanics to molecular dynamics and quantum theory
传统的流体力学在建立速度场边界条件时，没有考虑流固界面的化学成分和热力学状态。因此，当界面材料变化时，流体模拟通常不能产生不同的输出。通过考虑物质的原子论描述，材料特定的边界条件的理论确定变得可能，从而提供了一个改进的替代完全不变的无滑移条件。这样一个计划构成了一个多尺度的方法来流体动力学基本上涉及两个时空尺度之间的过渡：第一个涉及的宏观边界条件的推导通过分子评估滑移长度;第二个涉及的建设原子间的力场，所需的分子动力学模拟，从量子理论。在这个介绍性的概述中，我们讨论了这些问题的一些基本方面。
2019-12-03 physics.app-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Simulation of Soundwave Propagation in a Simple Fluid
利用分子动力学（MD）模拟研究了声波在流体中的传播。声波由正弦振荡的壁产生，并由对面壁附近的局部应用的朗之万恒温器湮灭。随着波幅的增加，波形由正弦变为正弦。对于低频声音，仿真结果表明，很好的协议与Burgers方程没有任何拟合参数。相比之下，对于高频声音，由于声流而获得显著的偏差。声速可以从波形的傅立叶变换以高精度直接确定。虽然由于振幅的非线性影响，很难直接从模拟结果中获得衰减率，但可以通过Burgers方程估计衰减率。结果表明，MD模拟是一个有用的工具，声波的定量分析。
2020-09-16 physics.flu-dyn
Dynamics of fluid-fluid displacements in a model rough fracture beyond the quasistatic limit: A spectral approach
Institute of Environmental Assessment and Water Research (IDAEA), Spanish National Research Council (CSIC)（环境评估与水资源研究所，西班牙国家研究委员会）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；University of Barcelona Institute of Complex Systems (UBICS)（巴塞罗那大学复杂系统研究所）
研究多孔和裂缝材料中流体-流体驱替，开发谱计算方法研究界面演化与能量耗散，通过与模拟和实验对比验证，证明计算效率，揭示微观宏观联系及粘度对能量耗散影响，为流体流动尺度提升提供方法。
2026-11-10 physics.flu-dyn
Ultra-low effective interfacial tension between miscible molecular fluids
本文利用在稠密背景流体中旋转的液滴的变形来研究可混溶分子流体之间的有效界面张力。我们发现，足够低的界面张力，旋转液滴开发哑铃形状，两个大的头部连接一个较薄的中心体。我们表明，这种形状不仅取决于密度和粘度之间的对比度的下降和背景流体，但也对流体的分子结构，因此在他们的界面上开发的应力，由于不同的分子相互作用。我们系统地研究了哑铃形的水-甘油混合物液滴在纯甘油容器中旋转的动力学。通过开发一个模型的变形的基础上的平衡的剪切应力反对的变形，施加的法向应力的下降和有效的界面张力，我们利用的时间演变的液滴形状来测量EIT。我们的研究结果表明，水-甘油系统中的EIT比以前的实验测量报告低几个数量级，并且与[Phys. Rev. X 6，041057，2016]中提出的相场模型计算的值非常一致。
2020-03-21 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nanoscale sheared droplet: Volume-of-Fluid, phase-field and no-slip molecular dynamics
两种不混溶流体与固体表面之间的三相接触线的运动在各种润湿现象和技术应用中出现。连续介质理论的一个挑战是有效地表示接触线附近的分子现象。在这里，我们描述的分子过程的移动接触线，以评估两个不同的连续两相模型的准确性。具体而言，使用两个移动板之间的二维液滴的分子动力学（MD）模拟来创建不同毛细管数和接触角的参考数据。我们使用一个简单的点电荷/扩展（SPC/E）的粒子网格Ewald静电处理的水模型。该模型提供了一个非常小的滑移和更现实的分子物理比Lennards-Jones模型的代表。Cahn-Hilliard相场模型和流体体积模型针对来自MD参考数据的液滴位移进行校准。结果表明，校正后的连续介质模型可以准确地捕捉不同毛细数和接触角下的液滴位移和液滴破碎。然而，我们也观察到连续和原子模拟之间的差异，在描述瞬态和不稳定的液滴行为，特别是接近动态润湿过渡。剪切液滴的分子动力学提供洞察力的前进和后退的接触线所经历的线摩擦和大规模的时间的"粘滑"样振荡的证据。所提出的结果将作为一个垫脚石，对发展准确的连续模型，纳米流体力学。
2022-04-12 physics.flu-dyn
Molecular dynamics perspectives on nonideal fluid models for the lattice Boltzmann method
Tufts University（塔夫茨大学）；North Dakota State University（北达科他州立大学）
通过分子动力学模拟验证非理想流体介观模型，发现混合伪势与自由能方法的力公式最一致，为格子玻尔兹曼模型选择提供指导。
2026-06-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Molecular simulation of fluid dynamics on the nanoscale
分子动力学模拟应用于液体甲烷在平面石墨通道中的Poillille流动，覆盖3和135 nm之间的通道直径。在这个长度尺度上，过渡被发现之间的政权，其中局部有序诱导的壁占主导地位的整个系统和较大的通道直径的边界滑移的影响仍然存在，但在更有限的程度。达西定律对于压力驱动的多孔介质渗流的有效性不受这些区域之间的过渡的影响。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Molecular scale contact line hydrodynamics of immiscible flows
通过对不混溶两相流的分子动力学模拟，我们发现流体与固壁之间的相对滑移处处遵循广义Navier边界条件，滑移量与切向粘性应力和未补偿的Young应力之和成正比。后者是由流体-流体界面与其静态配置的偏差引起的。本文给出了一个不混溶流体动力学的连续方程，包括广义Navier边界条件、纳维-斯托克斯方程和Cahn-Hilliard界面自由能。我们的流体动力学模型产生的界面和速度的配置文件相匹配的分子动力学模拟在分子尺度附近的接触线。特别是，在高毛细管数的行为，导致流体-流体界面的分裂，准确地预测。
2003-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Well-Posed Two-Temperature Constitutive Equations for Stable Dense Fluid Shockwaves using Molecular Dynamics and Generalizations of Navier-Stokes-Fourier Continuum Mechanics
在分子动力学模拟的指导下，我们将Navier-Stokes-Fourier本构方程和连续介质运动方程推广到包括横向和纵向温度。为此，我们划分了纵向和横向温度之间的热传递、所做的功和热通量矢量的贡献。在激波边界条件下，这些方程的时间相关解收敛到定常激波剖面。的配置文件包括各向异性的温度，并可以适合分子动力学的结果，证明了效用和简单的两个温度的描述远离平衡态。
2010-03-08 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Molecular Fluid Flow in MoS$_2$ Nanoporous Membranes and Hydrodynamics Interactions
本研究利用非平衡分子动力学模拟考察水流通过相邻MoS$_2$纳米孔时的流体动力学相互作用，发现该尺度下诱导压力场对邻近微滤器水通量的影响并不显著。
2020-10-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Resolving coupled transport in space and time from molecular fluctuations in confined fluids
Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University（普林斯顿大学土木与环境工程系）；High Meadows Environmental Institute, Princeton University（普林斯顿大学高梅多环境研究所）
该研究将纳米受限流体的耦合输运构建为时空分辨的Onsager响应矩阵，通过平衡态分子动力学模拟提取，解析了受限带电流体中多类输运的非局域与瞬态路径，为相关输运定律提供微观基础。
2026-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Non-equilibrium molecular dynamics of steady-state fluid transport through a 2D membrane driven by a concentration gradient
本文首次提出非平衡分子动力学算法模拟浓度梯度驱动的二维膜稳态流体输运，验证其与Onsager倒易关系一致且效率更高，并与连续介质理论定量对比，为二维材料膜应用提供分子层面理解。
2023-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Fluid flow in the sarcomere
肌肉细胞的肌节内有一个高度组织化和密集排列的分子机器晶格，为收缩提供动力。虽然许多驱动收缩的蛋白质已经被广泛研究，但分子机器晶格内流体剪切的机械影响却很少受到关注。最近有人提出，流体流动增强基质运输肌节，然而，这种分析使用的分析模型的流体流动的分子机械，不能捕捉其全部的复杂性。通过建立肌节的有限元模型，我们估计了显式流场，并将其与解析模型进行了对比。我们的研究结果表明，滑动细丝上的粘性阻力是令人惊讶的小，相反，单肌球蛋白分子马达所产生的力量。该模型还表明，通过与晶格蛋白质的粘性剪切的流体流动的能量成本可能是最小的。该模型还突出了一个陡峭的速度梯度之间的滑动细丝，并表明，最大的径向流体速度发生在附近的细丝的尖端。据我们所知，这是第一次计算分析流体流动的高度结构化的肌节。
2021-06-15 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.SC
Molecular simulation of translational and rotational diffusion of Janus nanoparticles at liquid interfaces
我们进行分子动力学模拟，以了解在两个不混溶流体之间的界面Janus纳米粒子的平移和旋转扩散。考虑到球形颗粒具有不同的亲和力的流体相，他们的动力学以及他们周围的流体结构进行评估作为一个功能的颗粒大小，两亲性，流体密度，和界面张力。我们发现，由于增强润湿的每一方与其最喜爱的流体的颗粒的两亲性增加，旋转热运动减少。此外，在界面处的纳米粒子的面内扩散变得更慢的两亲性粒子，主要是由于形成了更致密的吸附层。颗粒在周围流体中诱导有序结构，这对于高度两亲性的纳米颗粒变得更加明显，导致对纳米颗粒运动的阻力增加。观察到一个类似的现象，均匀的颗粒扩散后，增加其润湿性。我们的研究结果可以为药物和蛋白质分子在生物界面（包括细胞膜）上具有各向异性表面特性的动力学提供基本见解。
2014-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Machine learning based non-Newtonian fluid model with molecular fidelity
介绍了一种基于机器学习的框架，用于直接从微观尺度描述构造连续非牛顿流体动力学模型。哑铃型聚合物溶液作为例子来证明的基本思想。为了忠实地保留分子的保真度，我们建立了一个微观-宏观对应通过一组编码器的微观尺度的聚合物配置和它们的宏观尺度的对应物，一组非线性构象张量。这些构象张量的动力学可以从微尺度模型中导出，并且可以使用机器学习来参数化相关项。最终的模型命名为深层非牛顿模型（DeePN $^2$），采用传统的非牛顿流体动力学模型的形式，具有新形式的目标张量导数。动力学方程和神经网络表示都严格保持了旋转不变性，这确保了所构造模型的可接受性。数值结果证明了DeePN $^2$的准确性，其中基于经验闭包的模型显示出局限性。
2020-10-23 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Construction of Molecular Dynamics Like Cellular Automata Models for Simulation of Compressible Fluid Dynamic Systems
本研究的目的是寻找一种利用元胞自动机的形式构造类似分子动力学的模型的方法，用于快速模拟流体动力学系统（包括可压缩现象）。从结果看，这次尝试是成功的.本文在回顾流体动力学系统元胞自动机模型研究进展的基础上，提出了一种系统的元细胞自动机建模方法。构建这样的模型的流体动力学系统组成的粒子与任意的相互作用势和存在于任意的空间晶格所需的考虑。该方法说明了通过构建一个模型，用于模拟系统的粒子沿链接的一个基本的正方形空间晶格的单位速度移动。使用该模型，两个二维系统进行了模拟和研究的一些模型和系统参数。对于几乎所有的模型和系统参数，结果被发现是完全符合现有的理论预测。对于一些模型参数，结果显示（预期）偏离理论预测的解释。
1999-05-13 comp-gas cond-mat.stat-mech nlin.CG
