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
Coupled Self-Organized Hydrodynamics and Stokes models for suspensions of active particles
我们推导出流体中自推进粒子的宏观动力学。出发点是一个耦合的Vicsek-Stokes系统。Vicsek模型描述了通过对齐相互作用的自推进代理。它提供了一个现象学的描述在高密度的代理之间的流体动力学相互作用。Stokes方程描述的是低雷诺数流体。这两种动力学通过药剂和流体之间的相互作用耦合。流体通过杰弗里方程使粒子旋转。粒子自推进在流体上产生力偶极。粗粒化后，我们得到一个耦合的自组织流体动力学（SOH）-斯托克斯系统。我们对此系统进行了线性稳定性分析，结果表明，拉车和推车都有不稳定的模式。最后，我们提供扩展的Vicsek-Stokes模型，包括短距离排斥，有限的粒子惯性和有限的雷诺数流体制度。
2017-06-18 math.AP physics.flu-dyn
Propulsion and interaction of wave-propelled interfacial particles
本文综述了振动浮体通过自生波场实现自推进及粒子间远距离毛细波相互作用的系统，并指出其在活性物质、量子类比和机器人领域的潜在意义。
2025-09-08 physics.flu-dyn
Swimming at small Reynolds number of an elliptical disk propelled by an elliptically polarized surface wave
本文从可变形无限大薄板附近流体流动的纳维-斯托克斯方程的摄动解出发，研究了小雷诺数下椭圆圆盘的游动。本文推广Taylor和Tuck的工作，研究了椭圆极化平面表面波的行程。通常，冲程的椭圆极化导致上下半空间中的流动的不对称性。根据无限大薄板的结果，推导出了尺寸远大于划水波长的椭圆圆盘的平均平动和转动游动速度的表达式。此外，表达式推导出的平均功率和效率的游泳。
2016-12-20 physics.flu-dyn
Self-propulsion and crossing statistics under random initial conditions
我们调查的跨越能量障碍的自推进粒子描述的瑞利摩擦项。我们揭示了在外力场中存在一个急剧的转变，从而振幅急剧增加。这对应于速度流相空间中的鞍点转变，正如对于任何类型的排斥力场所预期的那样。我们使用这种方法来合理化Eddi \emph{et al.} [ \emph{Phys. Rev. Lett.} \textbf{102}，240401（2009）]获得的结果，他研究了由其伴随波场推进的液滴与潜艇障碍物之间的相互作用。这种波粒子实体可以克服势垒，表明存在“宏观隧穿效应”。我们表明，自推进的效果是足够强大的产生跨越高能量的障碍。通过假设初始角度的随机分布，我们定义了一个概率分布，以跨越与埃迪\emph{et al.}的数据相匹配的势垒。这个概率类似于统计物理中遇到的哈密顿系统\textit{i.e.}玻尔兹曼指数定律。
2017-06-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Unsteady three-dimensional boundary element method for self-propelled bio-inspired locomotion
发展了一种非定常三维边界元方法，用于生物和仿生自推进运动的快速计算。该方法结合了非定常三维边界元法、边界层求解器和自推进运动方程。这种新颖的实施方式允许精确地计算自推进速度、功率、效率和经济性。采用Dirichlet公式，结合常强度源和偶极子单元来表示具有非线性变形尾流的变形体。尾流元素被去奇异化以数值稳定尾流涡量的演化。弱耦合用于求解运动方程和边界层解。边界层求解器对沿变形体的层流和湍流行为进行建模，以估计作用在形体上的总蒙皮摩擦阻力。通过解析解、计算和实验验证了该方法的有效性。最后，建立了仿生自推进波动鳍模型。计算的自航速度和尾流结构与以前的实验吻合得很好。计算超越了实验，以获得进一步了解推进效率的自推进波浪鳍。研究发现，起伏的鳍在76%的翼展处产生时间平均动量射流，加速流向方向的流体，从而产生推力。此外，它被发现，高振幅的运动抑制分叉动量射流的形成，而是形成一个单一的核心射流。因此，与浪费的横向动量的量相比，这使流向动量的量最大化，并且在自推进运动期间导致78%的推进效率。
2017-03-24 physics.flu-dyn
Diffusion of self-propelled particles in complex media
在复杂环境中，活跃的微生物的扩散在从细胞集落生长到单个生物体运输的广泛生物现象中起着重要作用。在这里，我们研究理论和计算的扩散的自推进粒子（生物体）嵌入在一个复杂的介质包括一个集合的非能动的固体颗粒，模仿土壤或其他细胞。在这样的条件下，我们发现，游泳方向的旋转弛豫时间取决于游泳速度，并大大减少相比，纯牛顿流体。这导致自推进颗粒的有效旋转扩散系数急剧增加（几个数量级），这可能导致活性颗粒在这种复杂介质中的“自捕获”。提出了一个分析模型，定量捕捉的计算结果。我们的工作揭示了环境在活性系统的行为中所起的作用，并且可以以简单的方式进行推广，以了解异质环境中的其他合成和生物活性系统。
2018-01-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
3D simulations of self-propelled, reconstructed jellyfish using vortex methods
我们提出了与水母的自推进运动的涡旋动力学的模拟。从活水母的视频记录的图像分割获得的几何形状。使用三维粘性，涡粒子方法与Brinkman罚施加的水母运动的运动学进行数值模拟。我们研究两种类型的中风记录在实验1。第一种类型（冲程A）在冲程期间产生两个涡环：一个在动力冲程期间在钟形物外部，一个在恢复冲程期间在钟形物内部。第二种类型（冲程B）产生三个涡环：一个环在动力冲程期间，两个涡环在恢复冲程期间。两种划水方式都能推动水母，其中划水方式B产生的速度最快。水母的速度与雷诺数的平方根成比例。该模拟可视化的流体动力学视频。
2009-10-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Invariant barriers to reactive front propagation in fluid flows
我们目前的理论和实验上的动态反应前线在二维，涡占主导地位的流动，时间无关的和周期性驱动的情况下。我们发现，前的传播过程是由单侧的障碍，要么是固定在实验室的框架（时间无关流）或周期性振荡（周期性驱动流）。我们称这些障碍\emph{burning invariant manifolds}（BIM），因为他们的作用在前面的传播是类似的不变流形的被动杂质的运输和混合下平流。从理论上讲，BIM出现从动力系统的方法时，对流反应扩散动力学被改写为一个常微分方程的前元素动力学。在实验上，我们测量的几个实验室流量的BIM的位置，并确认其作用的障碍前传播。
2012-03-07 nlin.CD physics.flu-dyn
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann study of chemically-driven self-propelled droplets
我们数值研究了自推进液滴的行为，其运动是由一个Marangoni样流触发。后者是由影响液滴表面张力促进其运动的表面活性剂浓度的变化产生的。在本文中，采用了第三个两亲性组分的液滴模型。动力学方程采用Navier-Stokes方程和对流扩散方程描述，数值求解采用格子玻尔兹曼方法和有限差分格式。我们专注于两个案例。首先研究了孤立液滴的自推进，然后研究了两个自推进液滴的相互作用。在这两种情况下，当表面活性剂向界面迁移时，在液滴内部形成速度场的四极涡并引起运动。相反，当表面活性剂主要在本体中稀释时，出现较弱的偶极场。两个相互作用的液滴的动力学更加复杂，并且强烈地依赖于它们的相互距离。如果在正面碰撞中，液滴足够接近，速度场最初会吸引它们，直到达到静止的稳定状态。如果液滴垂直移动，则流体动力场导致初始相互吸引，随后是沿相反方向的散射。这种流体动力学相互作用于一些液滴半径的分离，否则它变得可以忽略不计，并且液滴运动仅由Marangoni效应驱动。最后，如果液滴之一是被动的，则后者通常由主动液滴产生的流体流平流输送。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Performance comparison of tethered and self-propelled models of fish locomotion using unsteady thin airfoil theory
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本研究使用非定常面元法比较系留与自推进鳍的游动性能，发现优化系留游动体的运动学策略并不一定适用于自推进游动体。
2026-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Finite-time barriers to front propagation in two-dimensional fluid flows
最近的理论和实验研究已经证明了某些不变流形的作用，称为燃烧不变流形（BIM），作为单向动力学障碍的流动流体中传播的反应前沿。这些屏障在二维流体流动中形成一维曲线。在以前的研究中，流体速度场被要求是时间无关的或时间周期性的。在本研究中，我们开发了一种方法来识别突出的单向障碍，仅基于流体速度数据在有限的时间间隔，这可能具有任意的时间依赖性。我们称这样的障碍燃烧拉格朗日相干结构（bLCS）在类比拉格朗日相干结构（LCS）中常用的被动平流。我们的方法是基于LCS的变分公式，使用Farazmand，Blazevski和Haller在被动平流的背景下引入的固定“拉格朗日切变”曲线[Physica D 278-279，44（2014）]。我们数值验证了我们的技术，证明了bLCS密切跟踪BIM的时间无关，双涡通道流与相反的“风”。
2015-03-27 nlin.PS physics.flu-dyn
Active colloids at fluid interfaces
如果活性Janus颗粒被捕获在液体和流体之间的界面处，则由于两个相邻流体相之间的粘度对比，其沿着界面的自推进运动受到颗粒上的净扭矩的影响。对于一个简单的模型，一个活跃的，球形的Janus胶体，我们分析的条件下，沿界面发生翻译，我们提供相应的持久性长度的估计。我们表明，在某些条件下，这样的粒子的持久性长度是显着大于相应的散装液体，这是在最近的实验研究中观察到的趋势。
2016-02-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Kolmogorovian active turbulence of a sparse assembly of interacting swimmers
活性物质由自推进的实体组成，形成了一类广泛的非平衡系统，这些系统显示出惊人的集体行为，其中所谓的活性湍流是在各种{活性系统}中自发产生的空间和时间无序流动模式。事实上，活跃湍流的命名暗示了与第二类开创性的非平衡系统的联系，即流体湍流，但其性质非常不同，能量注入是在全球系统尺度上，而不是在单个成分的基本尺度上。实际上，在活动湍流和规范湍流之间是否存在可能的强联系，仍然是一个悬而未决的问题，也是一个需要大量研究的领域。使用自推进的界面粒子的组装，我们实验表明，这个活跃的系统与典型的流体湍流，如著名的1941年Kolmogorov现象学所描述的，具有显着的定量相似性。将活性物质纳入流体湍流普适类不仅有利于其未来的发展，而且可能为经典物理学中最大的谜团之一湍流的长期描述提供新的见解。
2019-11-13 physics.flu-dyn
A kinetic approach to active rod dynamics in confined domains
由许多自推进（主动）游泳者组成的活性物质在外加流中的研究对于许多应用是重要的。自推进游泳者可能代表生物和人造的，如细菌和化学驱动的双金属纳米颗粒。在这项工作中，我们专注于动力学描述的活性物质表示的自推进杆游泳的粘性流体限制的墙壁。众所周知，与无界或周期性容器相比，壁可以显著地影响活动棒的轨迹。在这些效应中，有在壁上的积聚和逆流运动（也称为负趋流性）。我们的第一个主要结果是严格推导了在惯性为零的极限下主动杆的概率分布函数的边界条件。找到这样一个极限是很重要的，因为（i）在许多活性物质的例子中，惯性是可以忽略不计的，因为游泳发生在低雷诺数区域，（ii）这个极限允许我们减少动力学描述的维度，从而减少计算的复杂性。对于所得到的模型，我们推导出系统的平移扩散消失的限制，这也是典型的活性粒子可以忽略不计。该系统允许分别跟踪积聚在壁处的活性颗粒和在流体主体中游动的活性颗粒。
2019-03-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of self-propulsion near a boundary: predictions and accuracy of far-field approximations
自推进生物体或合成装置在粘性流体中的游泳轨迹可以通过与附近边界的流体动力学相互作用而改变。我们探讨了一个多极描述的游泳机构，并提供了一个总体框架，研究流体介导的修改游泳轨迹。远场描述的有效性探讨了不同的几何形状和推进活动的模型游泳者的选择与完整的数值模拟比较。简化模型，然后用于提供简单而准确的预测流体动力学产生的壁吸引力和俯仰动力学，并可能有助于解释一些实验结果。
2012-11-29 physics.bio-ph physics.flu-dyn
The unsteady overtopping of barriers by gravity currents and dam-break flows
本文通过浅水模型和复杂边界条件研究重力流与溃坝流越顶障碍物的非定常过程，分类了越顶模式，量化了截留体积，并揭示了Boussinesq重力流和陆上溃坝流中流体逃逸的关键比例条件。
2023-03-02 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
The cost of swimming in generalized Newtonian fluids: Experiments with C. elegans
许多自然过程取决于微生物在具有非牛顿流变学的流体中游动的能力。在这里，我们使用的模式生物秀丽隐杆线虫和跟踪方法进行实验研究的动态波动游泳剪切稀化流体。理论和模拟已经提出，与相同零剪切粘度的牛顿流体相比，剪切稀化流体中的游泳或机械动力的成本应该更低。我们的目的是提供一个实验调查的成本在剪切变稀流体游泳（i）的游泳者的机械功率的估计和（ii）流场的粘性耗散率，这应该产生等效的结果为自推进的低雷诺数游泳者。我们发现在剪切稀化流体中游泳的成本小于或等于在相同零剪切粘度的牛顿流体中游泳的成本;此外，在剪切稀化流体中游泳的成本与流体的有效粘度成比例，并且可以使用流体流变学和简单的游泳运动学来预测。我们的结果与之前的理论预测相当一致，并为理解在广义牛顿流体中游泳的成本提供了一个框架。
2016-10-18 physics.flu-dyn
Three-dimensional pattern formation in suspensions of swimming micro-organisms
自推进颗粒的悬浮液，例如游动的微生物，已知由于流体动力学相互作用而经历复杂的动力学。这个流体动力学视频介绍了一个这样的悬浮液的数值模拟，基于运动理论最近开发的Saintillan和雪莱（流体物理学，20，123403，2008）。从一个几乎均匀和各向同性的初始分布开始，我们的模拟显示了强密度波动的形成，它在准周期性的方式合并和分裂。发现这些波动发生在模拟箱的大小上，与线性稳定性分析的预测一致。此外，动力学的特征在于复杂的混沌流场，这导致有效的流体混合。
2009-10-19 physics.flu-dyn
Swimmer dynamics in externally-driven fluid flows: The role of noise
本文从理论上研究了在外部驱动的流体流动中，流体动力学输运障碍物附近细长微泳者运动的随机涨落效应。聚焦于二维双曲线流，我们考虑平移和旋转扩散以及翻滚的影响，即在游泳者方向的突然跳跃。无论扩散或翻滚是波动的主要来源，我们发现，噪音显着增加的概率，游泳者越过单向障碍的流动，阻止游泳者返回到其初始位置。我们采用渐近方法计算的概率密度的噪声游泳者的轨迹在一个给定的流体流，产生的解决方案，随时间变化的福克-普朗克方程在弱噪声限制。这个过程反映了量子力学中的半经典近似，同样涉及计算从游泳者的福克-普朗克方程导出的哈密顿系统的最小作用路径。使用半经典的技术，我们计算（i）的稳态取向分布的游泳者与旋转扩散和翻滚和（ii）的概率，扩散游泳者越过单向障碍。半经典的结果与蒙特卡罗计算相比毫不逊色。
2021-11-22 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.flu-dyn
Elastic swimmer on a free surface
我们在这个流体动力学视频中提出了一种新的实验装置与自推进游泳者在自由表面上。模拟为柔性细丝的游泳者受到驱动传播弹性波的外部电磁力的作用，从而产生自推进。这些被动的鳗形游泳者的流体-结构相互作用问题被分析在：S。拉马纳纳里武河Godoy-Diana和B. Thiria.被动弹性机制模拟鱼类肌肉动作在鳗状鱼游泳。J. R. Soc. Interface，10，20130667（2013）。DOI：10.1098/rsif.2013.0667
2013-10-07 physics.flu-dyn
Objective barriers to the transport of dynamically active vector fields
我们推导出一个理论的材料表面，最大限度地抑制扩散运输的动态活跃的矢量场，如线动量，角动量或涡量，在一般的流体流动。这些特殊的材料表面（\emph{Lagrangian active barriers}）提供了基于物理学的、与边界无关的动态活动相干结构的边界。我们发现，拉格朗日主动障碍演变从一个相关的稳定和不可压缩的\emph{barrier equation}，其右手边是时间平均拉回的动态主动矢量场的演化方程中的粘性应力项的不变表面。这些屏障的瞬时极限标志着动态活动矢量场短期扩散传输的目标\emph{Eulerian active barriers}。我们得到，在非定常贝尔特拉米流，拉格朗日和欧拉主动障碍完全符合纯平流运输障碍边界观察到的相干结构。在更一般的流动中，可以通过将拉格朗日相干结构（LCS）诊断（诸如有限时间李雅普诺夫指数和极旋转角）应用于适当的活动障碍方程来识别活动障碍。与它们的被动对应物相比，这些\emph{active LCS diagnostics}不需要显著的流体颗粒分离，因此从时间上较短的速度数据集提供实质上更高分辨率的拉格朗日和欧拉相干结构边界。我们说明了这些结果和他们的物理解释二维，均匀，各向同性湍流和三维湍流槽道流。
2020-09-01 math.DS nlin.CD physics.flu-dyn
The Cahn-Hilliard-Navier-Stokes Framework for Multiphase Fluid Flows: Laminar, Turbulent, and Active
本文系统介绍用于多相流体的 CHNS 偏微分方程框架及其重力、多相、多组分和活性流体推广，并综述相关数学性质与数值研究成果。
2025-03-12 cond-mat.soft nlin.CD physics.comp-ph
Dispersion of biased swimming microorganisms in a fluid flowing through a tube
本文将经典的Taylor-Aris弥散理论推广到描述自推进偶极细胞悬浮液在管状流中的输运。的平均漂移和有效扩散率的一般表达式确定的轴向力矩，并与近似一拉泰勒。在泰勒-阿里斯的情况下，偏置游泳细胞的有限分布的偏度消失在很长一段时间。一般表达式可以应用于特定的游泳微生物模型，从而被用来预测游泳漂移和扩散的管状生物反应器，并阐明竞争无界游泳漂移和扩散的描述。在这里，具体的例子是gyrotactic游泳藻类。
2010-02-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn q-bio.CB
Water wave interactions with surface-piercing vertical barriers in a rectangular tank: Connections with Bloch waves and quasimodes
本文研究矩形水槽中垂直障碍物的本征模态，发现单障碍物模态对应Bloch波，均匀阵列模态由左右Bloch波叠加，并通过同伦方法与无限流体中的准模态关联，揭示共振响应机制。
2024-04-10 physics.flu-dyn
Reduced order modeling of fluid flows: Machine learning, Kolmogorov barrier, closure modeling, and partitioning
在本文中，我们提出了一个长短期记忆（LSTM）轻推框架，用于利用噪声测量增强流体流动的降阶模型（ROM）。我们建立在这样一个事实，即在实际应用中，有初始条件，边界条件，模型参数和/或现场测量的不确定性。此外，传统的基于Galerkin投影的非线性ROM（GROMs）由于模态截断而遭受不完美性和解的不稳定性，特别是对于Kolmogorov宽度衰减缓慢的对流主导流。在所提出的LSTM-Nudge方法中，我们融合了不完美的GROM和不确定状态估计的组合预测，稀疏欧拉传感器测量，在动态数据同化框架中提供更可靠的预测。我们说明了这个想法与粘性Burgers问题，作为一个基准测试床与二次非线性和拉普拉斯耗散。我们研究了测量噪声和状态估计不确定性对LSTM Nudge行为性能的影响。我们还表明，它可以充分处理不同水平的时间和空间测量稀疏。我们对所提出的模型进行评估的第一步表明，LSTM轻推可以代表新兴数字孪生系统中可行的实时预测工具。
2020-05-28 math.DS physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bypassing Hölder super-critcality barriers in viscous, incompressible fluids
本文在任意维数且无边界条件下，首次为不可压缩Navier-Stokes方程建立了真正超临界正则性判据，通过利用一维漂移-扩散方程基本解的新估计突破临界性障碍，证明任意Hölder指数下的解不产生奇性。
2023-05-29 math.AP physics.flu-dyn
Diffusiophoretic propulsion of an isotropic active colloidal particle near a finite-sized disk embedded in a planar fluid-fluid interface
空间对称性破缺是泳动活性粒子在低雷诺数下游动的必要条件。在微观尺度上游泳的基本先决条件是通过活性颗粒表面的化学图案化或替代地通过利用几何不对称性来诱导化学梯度并实现自推进来实现的。在本手稿中，采用远场分析模型来量化的领先秩序的贡献，诱导泳动速度的化学均匀的各向同性活性胶体附近的圆形形状的有限大小的磁盘上分离两个不混溶的粘性不可压缩的牛顿流体的界面上休息。为此，电泳问题的解决方案制定为一个混合边值问题，随后转化为一个系统的对偶积分方程的内部和外部域。取决于不同的参与粘度和溶质溶解度的比率，泳动性和化学活性的符号，以及颗粒-界面距离与盘的半径的比率，各向同性活性颗粒被发现从界面排斥，吸引到它，或达到稳定的悬停状态，并在界面附近保持不动。我们的研究结果可能被证明是有用的控制和引导运动的自推进泳动活性粒子附近的水界面。
2021-09-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the shape-dependent propulsion of nano- and microparticles by traveling ultrasound waves
在过去已经开发的许多类型的人造能动纳米颗粒和微粒中，当它们暴露于超声时表现出推进力的胶体颗粒是特别有利的。然而，它们的特性在很大程度上仍未被探索。例如，推进力对颗粒形状和颗粒周围产生的流场结构的依赖性仍然是未知的。在这篇文章中，我们解决了超声波推进纳米和微粒的推进机制更详细。基于直接的计算流体动力学模拟，并专注于行波超声波，我们研究了两个重要方面的颗粒形状的推进效果：圆形与尖和填充与空心形状。我们还解决了围绕这些颗粒产生的流场。我们的研究结果表明，尖锐导致的推进速度的增加，而它不受空心显着影响。此外，我们发现，超声波推进颗粒的流场允许将它们分类为推动器蠕动器，这对理解这些颗粒具有深远的影响，并使我们能够预测它们可用于实现具有可调粘度的活性材料，这些活性材料可以表现出超流动性甚至负粘度。所获得的结果是有帮助的，例如，对于未来的实验工作，进一步研究或应用超声波推进的胶体颗粒以及理论方法，旨在模拟其在介观尺度上的动力学。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Control of Transport-barrier relaxations by Resonant Magnetic Perturbations
采用三维整体流体湍流第一性原理数值模拟方法研究了共振磁扰动下托卡马克边缘的输运势垒弛豫振荡。结果表明，共振磁扰动有稳定这些弛豫振荡的效果，这种效果主要是由于修改的压力分布与存在的剩余剩余磁岛链和随机层。
2009-02-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
