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
VesNet: Neural network accelerated solver for simulating Stokesian vesicle suspensions
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Durham University（杜伦大学）
提出VesNet混合框架，通过神经网络近似囊泡自相互作用（背景流耦合和短程润滑力），结合传统边界重参数化和远场流体动力学模块，实现二维囊泡悬浮液模拟的百倍加速，并准确捕捉单囊泡相行为、对相互作用及大规模悬浮液动力学。
2026-06-25 cs.CE physics.flu-dyn
Computational geometric methods for preferential clustering of particle suspensions
提出了一种模拟球形和非球形颗粒在Stokes阻力作用下悬浮的几何数值方法。该方法结合了无发散矩阵值径向基函数插值的流体速度场分裂法积分器，保留的李雅普诺夫谱的总和，同时模仿离心效果的精确解。我们讨论如何打破发散自由条件的插值步骤可以错误地影响下的数值方法的颗粒相的体积演变。该方法进行了测试的悬浮液中的$10^4$颗粒在离散的细胞流场演变。结果表明，与传统方法相比，所提出的几何方法产生更准确和更具成本效益的颗粒分布。
2021-02-25 cs.NA math.NA physics.comp-ph
An anisotropic particle in a simple shear flow: an instance of chaotic scattering
在斯托克斯极限下，一个中性浮力球周围的流线拓扑结构与两个球的轨迹线拓扑结构是相同的，两者都是在环境简单剪切流中。在这两种情况下，有前后对称的开放和封闭的轨迹空间划分的轴对称分界线表面。这种拓扑结构具有至关重要的影响标量运输从一个单一的领域，并为稀悬浮液的流变学领域。我们表明，在简单的剪切流中，中性浮力自由旋转的球体周围的流体路径线的拓扑结构是完全不同的，并将有一个至关重要的轴承从这些颗粒在剪切流中的运输。在某种程度上，在单球体问题中的流体轨迹线和双球体问题中的成对轨迹，预计将承担彼此的定性相似性，这里确定的非平凡的轨迹拓扑结构也将对各向异性颗粒的稀悬浮液的流变学具有显着的后果。
2020-05-21 physics.flu-dyn
Direct measurement of the flow field around swimming microorganisms
游动的微生物产生流动，影响它们的相互作用并改变它们悬浮液的流变学。虽然在理论上进行了广泛的研究，但这些流动尚未在任何自由游泳的微生物周围进行详细测量。我们报告这样的测量的微型植物团藻carteri和衣藻reinhardtii。卡特氏弧菌在水面上的微小的~0.3%的密度过剩导致了强主导的斯托克斯波贡献，而广泛假设的应力波流只是对次主导源偶极子项的修正。这意味着卡特弧菌的悬浮液具有与沉降颗粒的悬浮液相似的特征。在C. reinhardtii，其中显着的流体动力学相互作用很可能发生定性不同的“拉”应力波，并可以描述一个简单的三斯托克斯模型。
2010-08-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Beyond Stokes drift -- Lagrangian transport in evolving gravity waves
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）
本文研究了自由衰减波中的拉格朗日输运，通过高分辨率两相模拟和扰动分析模型，揭示了波幅扩展中一阶和二阶修正对经典拉格朗日漂移的影响，并探讨了粘性和惯性平衡下的净垂直输运对粒子轨迹和各向异性混合的影响。
2026-06-04 physics.flu-dyn
A stochastic model for the hydrodynamic force in Euler--Lagrange simulations of particle-laden flows
标准欧拉-拉格朗日（EL）方法通常采用仅表示作用在载有颗粒的悬浮液上的平均流体动力的阻力模型。因此，高阶阻力统计，所产生的邻居引起的流扰动，不占;与颗粒速度方差和分散的预测的影响。我们开发了一个力朗之万（FL）模型，把邻居引起的阻力波动作为一个随机力EL框架内。随机阻力遵循Ornstein-Uhlenbeck过程，并且需要闭合脉动水动力和阻力标准差的积分时间尺度。前者是封闭的，使用连续碰撞之间的平均自由时间，来自非均匀气体的动力学理论。对于后者，粒子分辨直接数值模拟（PR-DNS）的固定粒子组件被用来开发的相关性。随机EL框架指定未解决的阻力统计，导致正确的演变和维持粒子速度方差在很宽的范围内的雷诺数和固体体积分数相比，PR-DNS的自由发展的均匀悬浮液。相比之下，标准EL推断阻力统计数据的变化，在解决流，从而低估了均匀悬浮液中的增长和稳定的颗粒速度变化。从标准EL方法的速度统计被发现依赖于用于双向动量耦合的投影函数的带宽，而从随机EL方法获得的结果是不敏感的投影带宽。
2021-03-19 physics.flu-dyn
On the fully coupled dynamics of flexible fibres dispersed in modulated turbulence
本文研究了中等雷诺数下有限尺寸、弹性和惯性纤维在均匀各向同性湍流中自由运动的力学行为。完全解决，直接数值模拟，基于有限差分离散化和浸没边界法，进行相互耦合的纤维和流体湍流的动力学，允许考虑的载体流的分散相的反作用。对悬架的特性进行了广泛的参数研究，即，纤维的线密度（从中性浮力到重纤维）、长度（从与耗散尺度相当的短纤维到与积分尺度相当的长纤维）和弯曲刚度（从高度柔性到几乎刚性的纤维）以及浓度（从稀悬浮液到非稀悬浮液）。结果表明，存在一个强大的湍流调制机制，主要是由悬浮液的质量分数控制（只有很小的影响的纤维的弯曲刚度），其特征在于详细通过尺度的尺度分析在傅立叶空间。尽管这种变化相对于单相的情况下，由于不可忽略的反作用，纤维的经验只有两种可能的拍打状态（以前确定在非常稀的条件下），而被运输和变形的流动。此外，我们表明，最大曲率服从不同的标度律，可以从纤维动力学方程。最后，我们探讨的优先浓度和排列的纤维内的流动，突出的惯性和弹性的特殊作用。
2022-05-19 physics.flu-dyn
Influences of transversely-isotropic rheology and translational diffusion on the stability of active suspensions
自运动的细长粒子的悬浮是当前重要的感兴趣的主题，其举例说明了一种形式的“活性物质”。例子包括自我推进的细菌，藻类和精子，以及人造游泳者。Ericksen的横向各向同性流体模型[J. L.埃里克森，胶体聚合物。Sci. 173（2）：117-122（1960）]将非运动颗粒的悬浮液视为具有进化的优选方向的连续体;该模型描述了如细胞外基质、织物簇和植物细胞壁一样多样的纤维材料。董事相关的影响被纳入通过修改后的应力张量与四个粘性参数。通过与最近的主动悬架模型的基本连接，我们提出了一个修改埃里克森的模型，主要是包括自我运动，这可以被认为是最简单的描述，包括横向各向同性效应的定向悬架。横向各向同性流体表现出修改后的流动稳定性的事实，我们进行了线性稳定性分析的两个不同的情况下，对齐和各向同性悬浮液的细长的活性颗粒。新的方面包括各向异性流变学和平移扩散。一般来说，各向异性效应增加了小扰动的不稳定性，而平移扩散稳定了一系列波方向，在某些情况下，稳定了有限范围的波数，从而强调了各向异性和平移扩散在这些系统中都有重要的影响。
2017-08-03 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dense Suspension Flow in a Penny-Shaped Crack, Part I : Theory
我们研究了被驱动进入不断变化的硬币形裂缝的流体携带的支撑剂的动力学。泥浆流的行为进行了研究，在两个阶段：加压注射和弹性关闭。在注入过程中，使用摩擦流变学对泥浆进行建模，该流变学考虑了支撑剂的剪切诱导迁移和堵塞。使务实的假设可以忽略不计的韧性和跨裂缝流体滑移，我们发现自相似的解决方案支持一系列的支撑剂浓度剖面。特别是，我们定义了一个有效的粘度，它等同于一个特定的粘度的牛顿流与一个给定的支撑剂体积分数的泥浆流的裂缝演化。使用这个框架，我们能够作出预测的几何形状的不断增长的裂缝和尖端脱砂的意义。在闭合阶段，支撑剂被建模为在变窄裂缝内不可压缩且径向不可移动。充分探讨了支撑剂浓度对残余支撑裂缝几何形状的影响。研究结果对热岩浆侵入形成的工业压裂和地质岩脉具有重要的应用价值。
2021-01-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Time-resolved sedimentation of dense potato-starch suspensions measured by optical coherence tomography
Department of Earth and Space Science, The University of Osaka（大阪大学地球惑星科学科）
本研究采用光学相干断层扫描（OCT），首次在一次沉降实验中连续同步获取浓土豆淀粉悬浮液的沉降速度与颗粒浓度，验证了其可作为探测浓悬浮液内部动力学的可行工具。
2026-08-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Aging in the Flow Dynamics of Dense Suspensions of Contactless Microparticles
Universite Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，光物质研究所）
本研究发现，稠密悬浮液中无接触微粒的流体动力学行为受静置时间影响，热驱动流动中衰老效应更显著，且剧烈搅拌可恢复初始状态。
2026-01-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Settling dynamics of non-Brownian suspension of spherical and cubic particles in Stokes flow
本研究通过刚性多团簇方法模拟 Stokes 流中球形与立方体颗粒的沉降，发现水动力作用主导稀相沉降，碰撞抑制浓相波动，且球形颗粒沉降更快，立方体颗粒各向异性更低并更易逆重力运动。
2025-03-26 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modelling a Hydrodynamic Instability in Freely Settling Colloidal Gels
有吸引力的胶体分散体，即聚集并经常形成跨越空间的弹性凝胶的细颗粒的悬浮液是社会中普遍存在的材料，具有广泛的应用。当网络重量超过其压缩屈服应力时，这些材料中的胶体网络可以以自由沉降的模式存在。当网络保持固定在适当位置并用作悬浮流体被泵送通过的过滤器时，出现等效状态。在任何一种情况下，流体动力学不稳定性导致网络完整性的损失发生。实验观察表明，完整性的丧失与侵蚀通道的形成有关，即所谓的拖缆，流体通过拖缆快速流动。然而，增长的动力学和随后的崩溃机制仍然知之甚少。在这里，提出了一个唯象模型，动态地描述了一个流光的径向增长，由于网络的快速流体回流的侵蚀。该模型表现出有限的时间爆破-在凝胶中的灾难性故障的发病-由于激活的胶体间键断裂。采用布朗动力学模拟稀凝胶中流体动力学相互作用和沉降的胶体来研究这种不稳定性的引发和传播，这与理论吻合得很好。模型动力学也被证明准确地复制测量的流光生长在两个不同的实验系统。该模型的预测能力和未来的改进进行了讨论，并提出了一个稳定状态图提供深入了解工程策略，以避免解决网络的不稳定性意味着有很长的保质期。
2018-04-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Integral representation of channel flow with interacting particles
我们构造了一个边界积分表示的低雷诺数流动的通道中存在的自由悬浮颗粒（或液滴）的任意大小和形状。我们表明，润滑理论持有远离颗粒在水平距离超过通道的高度，并推导出一个多极扩展的流是偶极的领先的近似。我们表明，任意粒子的偶极矩是一个加权积分的应力和流动的颗粒表面，这可以确定数值。我们介绍的运动方程，描述任意的，可能不同的，遥远的粒子之间的流体动力学相互作用，由迁移率矩阵和偶极矩的产品确定的相互作用。此外，三个相同的相互作用的领域最初排列在流向的问题被认为是实验观察到的“对交换”现象推导出解析和数值证实。对于非对齐的粒子，我们证明了一个粒子从一个稳定的对分离的配置的形成。我们的研究结果表明，在一个稀释的最初均匀的颗粒悬浮液中流动的通道中的颗粒最终将分离成单线态和对。
2017-12-12 physics.flu-dyn
Lipid Bilayer Hydrodynamic Drag
脂质双层表面的流体动力学阻力部分地决定了细胞和脂质体悬浮液的流动性质。考虑到脂双层的流动性，在水-双层界面处是否应用固体样无滑移、液体样无应力或中间边界条件并不明显。虽然无滑移条件已被广泛假设了几十年，膜流变学的这一基本方面，据我们所知，从来没有直接测量的自由双层。我们应用光片荧光显微镜成像自由扩散的磷脂囊泡和确定的流体动力学阻力系数$C πηR$，其中$η$是外部流体粘度，$R$是囊泡半径，和无量纲的$C$的流动边界条件的特点。我们发现$C = 5.92 \pm 0.13$（stat.）$\pm 0.16$（系统），匹配无滑移边界的$C=6$理论值，远离零剪应力边界的$C=4$值
2019-07-05 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics of Meniscus-Bound Particle Clusters in Extensional Flow
该研究利用Stokes trap结合解析模型，考察平面拉伸流中弯液面束缚双颗粒簇的重排、变形、破裂与松弛，并确定临界毛细管数。
2023-12-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of a viscous vesicle in linear flows
建立了一种描述封闭的脂双层膜（囊泡）在一般线性流中自由悬浮的动力学的解析理论。考虑到近球形的形状，蠕动流方程的解作为一个规则的摄动展开在多余的区域。该分析考虑了膜的流动性、不可压缩性和抗弯曲性。固定的总面积的约束导致非线性形状演化方程在领先的顺序。因此，两个政权的囊泡行为，坦克踩踏和翻滚，预测取决于内部和外部流体之间的粘度对比。低于临界粘度对比度，这取决于过剩面积，囊泡变形成一个坦克踩踏椭圆体，其相对于流动方向的取向角是独立的膜的弯曲刚度。在翻滚制度，囊泡表现出周期性的形状变形的频率，增加与粘度对比度。非牛顿流变学，如正常的应力预测为一个稀悬浮液的囊泡。该理论与已发表的简单剪切流中囊泡行为的实验数据吻合得很好。
2006-12-01 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Dynamics and thermodynamics of axisymmetric flows: I. Theory
我们发展了新的变分原理来研究轴对称流动的稳定性和平衡性。我们表明，有一个无限多的稳态解。我们表明，这些稳定状态最大化（非通用）$H$ -功能。我们推导出松弛方程，它可以用来作为数值算法来构造稳定的定常解的轴对称流动。在第二部分中，我们发展了一种在固定的粗粒度尺度上的平衡态的解析方法。我们表明，由此产生的分布可以分为一个普遍的部分，来自强大的不变量和一个非普遍的初始条件，通过脆弱的不变量（自由发展的系统）或由一个先验分布编码非理想的影响，如粘性，小规模强迫和耗散（强迫系统）。最后，我们推导出无粘混合的参数化来描述粗粒度尺度下系统的动力学。
2006-03-02 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Patterns and Long Range Correlations in Idealized Granular Flows
一个最初均匀的自由发展的非弹性硬球流体的不均匀性，在流场（涡流）和密度场（集群），驱动不稳定的波动。它们的空间相关性，测量分子动力学模拟，表现出长范围的相关性;平均涡直径增长的时间的平方根;有发生过渡到宏观剪切状态，等的卡恩-希利亚德理论的旋节分解提供了定性的理解和定量估计所观察到的现象。当内在长度尺度是系统尺寸的量级时，物理边界和周期边界的影响（模拟中的有限尺寸效应）是重要的。
1997-02-03 cond-mat.stat-mech nlin.PS patt-sol
The effect of inter-particle hydrodynamic and magnetic interactions in a magnetorheological fluid
磁流变流体由悬浮在粘性流体中的磁性颗粒组成，在没有磁场的情况下，磁流变流体与分散良好的颗粒一起自由流动，但是当施加磁场时，颗粒聚集导致流动停止。动力学逮捕的机制，检查通过分析磁性粒子之间的相互作用在磁场受剪切流。孤立的球形磁性粒子经历在低磁场下的旋转状态和在高磁场下的静态取向之间的转变。本文研究了稀粘性悬浮液中球形偶极和极化粒子的相互作用对静态取向的影响。存在由于一个粒子的磁场扰动而引起的另一个粒子的偶极矩引起的磁相互作用，由于剪切流中非旋转粒子的反对称力矩而引起的流体动力学相互作用，以及由于粒子磁矩密度而引起的磁场的修改。当存在浓度变化时，转矩平衡条件导致对颗粒磁矩的取向的干扰。计算了由于这些扰动而产生的净力和漂移速度，并将产生的集体运动等效为各向异性扩散过程。当磁场在流动平面内时，在垂直于磁场方向的两个方向上的扩散系数为负，这意味着浓度波动在这些方向上是不稳定的。这种不稳定性可能会引发磁流变液中的场致动力学停滞。
2022-02-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of Dense Active Fluids: Turbulence-Like States and the Role of Advected Activity
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院机械工程系）
本文研究了密集活性流体的流体力学特性，揭示了活性湍流的产生机制及活动场动态对湍流行为的影响。
2026-02-25 cond-mat.soft nlin.CD physics.bio-ph
Dynamics of particle aggregation in dewetting films of complex liquids
研究复杂液体薄膜去湿过程中胶体颗粒聚集的动力学，构建耦合偏微分方程模型，通过相行为分析和线性稳定性分析揭示去湿与颗粒聚集的相互作用。
2024-04-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Turbulence Decay Intensifies Clustering of Bubbles and Particles
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Brown University（布朗大学）；Universidad de Cádiz（加的斯大学）；Université de Lille（里尔大学）
本文通过实验和直接数值模拟，发现自由衰减湍流中颗粒聚集先增强后减弱，并提出动态重标度方法将衰减湍流行为映射到稳态湍流，适用于宽范围密度比和斯托克斯数。
2026-09-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
