Forced microrheology of active colloids
通过考虑保持浸没式等速胶体探针稳定运动所需的外力，研究了稀活性（自推进）胶体悬浮液的颗粒跟踪微观流变学。如果探针速度为零，悬浮液微结构是各向同性的，但由于它们的自推进，在接触时表现出活性浴颗粒的边界积聚。当探针移动通过悬浮液时，微结构从非平衡各向同性状态变形，这使我们能够使用斯托克斯阻力定律定义悬浮液的微粘度。对于一个缓慢的探头，我们表明，主动悬浮液表现出游泳变薄的行为，其中他们的微粘度逐渐降低，从被动悬浮液作为游泳速度的增加。当探针速度快时，悬浮液的活性被探针的快速平流所掩盖，并且所测量的微粘度与被动悬浮液的微粘度难以区分。一般来说，对于有限的活动，悬浮液表现出速度变稀的行为-虽然与零速度高原低于被动悬浮液-作为探头速度的函数。这些行为来源于悬浮活性和探针与浴粒子之间的硬球排斥体积相互作用之间的相互作用。
2022-08-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Microstructure and velocity fluctuations in sheared suspensions
速度波动存在于宏观均匀悬浮液中的中性浮力，非布朗球进行简单的剪切流，和它们的依赖关系的微观结构开发的悬浮液，研究在极限的极小雷诺数使用Stokesian动力学模拟。我们表明，在稀释的限制，速度波动的标准偏差是成比例的体积分数，在横向和流动方向，和理论预测，它只考虑孤立的球对之间的流体动力学相互作用，是在低浓度下的数值结果吻合得很好。我们还模拟了简单剪切流中随机硬球分布的球体所产生的速度波动，从而研究了微结构对速度波动的影响。类似的结果进行了讨论的悬浮球的角速度的波动。此外，我们提出了所有的线性和角速度组件的概率密度函数，并为三个不同的浓度，显示从高斯到指数的过渡，最后到拉伸指数的功能形式作为体积分数的减少。我们还表明，虽然对分布函数恢复其前后对称性在稀悬浮液中，它仍然是各向异性的，这种各向异性可以准确地描述通过假设完全没有任何永久的双峰的领域。最后，我们提出了一个简单的校正激光多普勒测速测量的分析。
2003-07-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech nlin.CD
Constitutive model for time-dependent flows of shear-thickening suspensions
我们开发了一个张量本构模型的致密，剪切增稠颗粒悬浮液进行时间相关的流动。我们的模型结合了最近提出的演变方程的悬浮微观结构的速率无关的材料与以前开发的想法来解释剪切增稠的稳定流动，从而摩擦扩散之间的压缩接触在大颗粒应力。我们应用我们的模型剪切反转，并找到良好的定性协议与粒子级，离散元模拟的结果，我们也提出。
2020-07-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations of drying suspensions of soft particles
在胶体悬浮液的干燥过程中，颗粒的有序性对于确定所得膜的性质至关重要。例如，微观不均匀性可导致裂纹和缺陷的形成，这可显著地劣化膜的质量。这种类型的问题本质上是多尺度的，在这里，我们研究它的数值，使用我们最近开发的多组分流体中的软聚合物胶囊的模拟方法。我们专注于在干燥阶段的薄膜微观结构的颗粒柔软度的影响，以及它如何涉及到缺陷的形成。我们通过测量Voronoi熵和各向同性序参量来量化粒子的有序性。令人惊讶的是，当粒子的柔软度增加时，这两个观测值都表现出非单调行为。我们进一步研究了蒸发阶段的微观结构的变化和粒子间的相互作用之间的相关性。我们观察到，刚性颗粒形成链状结构，当颗粒柔软度增加时，这些链状结构倾向于分散成小簇。
2021-06-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dense Suspensions in Rotary Shear
本文提出旋转剪切（RS）协议，通过数值模拟研究稠密悬浮液，发现其黏度响应与振荡剪切类似但动力学始终扩散且无可逆-不可逆转变，并引入可逆RS协议验证不可逆性来源。
2024-11-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of dense suspensions of granular spherocylinders by particle-based simulation
School of Engineering, University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院）；Syngenta Jealott’s Hill International Research Centre（先正达乔洛特山国际研究中心）；School of Physics and Astronomy, The University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）
开发粒子模拟方法，预测长球棒稠密悬浮液的粘度与微观结构，验证实验数据，为该类材料的流体力学等研究提供工具。
2026-07-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Multifluid tensorial equations for the flow of semi-dilute monodisperse suspensions
本文利用体积平均技术推导出适用于半稀单分散非布朗悬浮液的双流体张量方程，并通过可调微观结构参数、颗粒间相互作用闭合模型及量级分析，建立了颗粒性质、微观结构与剪切诱导迁移之间的联系。
2025-01-03 physics.flu-dyn
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
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
Multifluid simulation of shear-induced migration in pressure-driven suspension flows
本研究使用多流体模型模拟半稀薄压力驱动悬浮流中的剪切诱导迁移，提出了MF-roughness应力闭合模型，并与两种MF-MB99替代模型进行对比，三种模型优化后的固相和速度分布均与实验数据高度吻合。
2024-12-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Internal microstructure driven turbulence enhancement of fluids
具有内部微观结构的流体，如稠密悬浮液、生物和聚合物添加的流体，在许多应用中通常存在于湍流状态中。即使在今天，随着微观结构复杂性和雷诺数的增加，它们的流动也非常难以研究。这个瓶颈是新颖的，有效地处理这里的微极理论。我们的研究结果支持，当更密集的微观结构发生湍流加剧了内部流体的元素的混沌旋转。与牛顿流体不同，剪切应力现在降低，并且粘性和微观结构互旋应力在壁附近增加，并且标志着湍流增强。
2020-11-10 physics.flu-dyn
Prediction of shear-thickening of particle suspensions in viscoelastic fluids by direct numerical simulation
为了阐明定量预测粘弹性流体中悬浮液剪切增稠的关键因素，采用光滑剖面法对多模式Oldrophil-B流体中的多颗粒悬浮液进行了直接数值模拟。在周期性边界条件下，利用颗粒动力学的Lees-Edwards边界条件和流体动力学的随平均剪切流演化的时间相关斜坐标系，求解了简单剪切流下的悬浮流。半稀释的多颗粒悬浮液的颗粒体积分数为0.1进行了研究。关于剪切增稠行为的体相流变特性的数值结果同意定量与最近的实验结果的半稀悬浮液中的博格流体。研究结果表明，在剪切增稠开始的剪切速率范围内，准确估计基质的第一法向应力差，对于用Oldrophil-B模型定量预测在Weissenberg数$\rm{Wi}=1$附近的Boger流体基质中的悬浮剪切增稠是至关重要的。此外，悬浮液的微观结构对悬浮液粘度的影响进行了检查。最后讨论了流动模式和弹性应力发展随体积分数和Weissenberg数的变化规律。
2021-09-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear jamming and fragility in dense suspensions
剪切引起的堵塞现象是稠密悬浮液复杂流变行为中的一个因素。这种剪切堵塞状态是脆弱的，即，它们对于与产生它们所施加的应力不相容的施加应力是不稳定的。这种特殊的流动历史依赖的应力响应是由于流动诱导的微观结构。为了研究在恒定剪切应力下实现的堵塞状态，我们对具有摩擦接触力和流体动力润滑力的非布朗粒子进行了动态模拟。我们发现明确的签名，区分这些脆弱的国家从更传统的各向同性堵塞状态。
2019-05-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Simulating the rheology of dense suspensions using pairwise formulation of contact, lubrication and Brownian forces
本文提出一种基于成对布朗力、接触力和润滑力的最小化颗粒模型，用于模拟稠密胶体悬浮液，再现剪切变稀和增稠行为，并在LAMMPS中实现，具有线性计算复杂度。
2023-07-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Flow-induced nonequilibrium self-assembly in suspensions of stiff, apolar, active filaments
粘性流体中的活性体通过自生流流体动力学地相互作用。在这里，我们研究自发聚集诱导的流体动力学流动悬浮液中的刚性，非极性，活性丝。横向流体动力学吸引力在可伸展的细丝导致，独立的体积分数，各向异性的聚集体的平移和旋转弹道。横向流体动力学排斥收缩丝导致，随着体积分数的增加，微结构状态的星，集群，和初期的凝胶，在每种情况下，长丝运动是扩散。我们的研究结果表明，积极的流体动力学流动和各向异性排斥体积相互作用的相互作用提供了一个通用的非平衡机制的分级自组装的活性软物质。
2015-08-19 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Rheology of periodically sheared suspensions undergoing reversible-irreversible transition
对非胶体悬浮体在循环剪切作用下的流变特性进行了数值研究。主要的发现是应变振幅（$γ_0$）依赖于响应的剪切应力和第二法向应力差（$N_2$）。具体而言，我们发现一个降低的粘度，增强的胞内剪切稀化，发病的有限$N_2$和它的频率加倍，所有附近的临界应变幅度$γ_c$的规模与体积分数$ϕ$为$γ_c \sim ϕ^{-2}$。这些流变学变化也表示可逆-不可逆转变（RIT），将频闪粒子动力学分为可逆吸收相（对于$γ_0<γ_c$）和持续扩散相（对于$γ_0>γ_c$）。我们解释的结果的基础上两个流动诱导机制，并阐明其连接的上下文中的RIT通过底层的微观结构，这往往对超均匀性附近$γ_0=γ_c$。总的来说，我们预计流变学和涌现动力学之间的这种对应关系在结构组织由体积排除主导的广泛环境中保持不变。
2022-11-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Constitutive model for shear-thickening suspensions: Predictions for steady shear with superposed transverse oscillations
我们最近开发了一种张量本构模型的致密，剪切增稠颗粒悬浮液，结合率独立的微观结构的演变与应力相关的干扰阈值。这给出了一个很好的反向流动定性帐户，虽然它定量高估了结构各向异性[J.~ J.~ J.~ Gillissen { \em等}，物理修订版信函{ \bf 123}（21），214504（2019）]。在这里，我们使用该模型来预测叠加的横向振荡对增稠区中的定常剪切流的非干扰效应[N.~嗯~年~公元前Lin { \em等}，程序~ Nat.~学术~科学~ USA { \bf 113}，10774（2016）]。该模型成功地再现了实验观察到的振荡介导的粘度下降。我们比较了离散元模拟的应力和微观结构张量的时间依赖性分量。虽然该模型正确地捕捉到的主要定性行为，它通常过度预测的微观结构各向异性在稳定的剪切，和它低估了振荡剪切的颗粒接触的数量。它也不能完全捕获微观结构的横向分量和剪切速率振荡之间的相位角的正确变化，因为后者的振幅增加。这些差异为今后改进该模式提供了途径。
2020-07-11 physics.flu-dyn
The zero-shear-rate limiting rheological behaviors of ideally conductive particles suspended in concentrated dispersions under an electric field
采用大规模数值模拟方法研究了理想导电颗粒悬浮液在电场中的流变行为。在电场的作用下，颗粒发生非线性电动现象，称为介电电泳，它是介电电泳和诱导电荷电泳的结合。对于理想的导电颗粒，悬浮液的动力学主要由诱导电荷电泳控制。为了表征悬浮液的流变特性，颗粒应力张量和颗粒压力的体积分数的范围内计算几乎随机紧密堆积。颗粒法向应力和颗粒压力表现出非单调的体积分数，特别是在集中制度。特别是，颗粒压力是积极的体积分数高达30\%，之后它变成负的，表明颗粒压力的性质的变化。并对用对分布函数和悬浮熵表示的微观结构进行了评价。可见的变化，在当地的微观结构似乎与非单调变化的颗粒法向应力和颗粒压力。这些非单调行为也与我们最近的研究中观察到的粒子配对动力学的主导机制的变化相关[Mirfendereski \& Park，J. Fluid Mech. \textbf{875}，R3（2019）]。最后，研究了约束对颗粒应力和颗粒压力的影响。据发现，颗粒压力的性质变化非常迅速，在高体积分数的限制水平的增加。这项研究应激励控制策略，充分利用这种悬浮系统的流变操纵的压力的不同变化的性质。
2020-11-06 cond-mat.soft physics.app-ph physics.flu-dyn
Lift and down-gradient shear-induced diffusion in Red Blood Cell suspensions
红细胞在受限通道流中的分布是不均匀的，并且由于远离壁的迁移与由颗粒之间的相互作用引起的剪切诱导的扩散之间的竞争，在壁附近显示出显著的耗尽。我们研究了红细胞的升力在剪切流附近的墙壁和测量一个显着的升力速度，尽管翻滚运动的细胞。我们还提供了值的集体和各向异性的剪切引起的扩散的云的红细胞，无论是在剪切的方向和涡度的方向。一个通用的下梯度子扩散，其特征在于指数1/3的突出显示。
2013-02-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
How a "pinch of salt" can tune chaotic mixing of colloidal suspensions
胶体、颗粒或分子的有效混合是许多工艺中的核心问题。它是由流动变形和分子扩散之间复杂的相互作用引起的，通常认为这是控制均匀化过程的因素。在这项工作中，我们证明，相反，尽管固定的流动和自扩散条件下，胶体悬浮液的混沌混合可以通过单独添加微量的盐作为共混物种的促进或抑制。事实上，这表明局部盐梯度可以触发化学驱动的传输现象，扩散电泳，其控制分子传输的速率和方向比通常的布朗扩散更有效。一个简单的模型相结合的基本成分的混沌混合与扩散电泳运输的胶体允许合理化我们的观察，并强调如何小规模的平衡运输桥梁混合在更大的规模在一个非常有效的方式。考虑到混沌混合作为湍流混合的原型构建块，这表明，这些现象，发生在化学环境是不均匀的，可能会带来有趣的观点，从微观系统到大规模的情况下，从生态系统到工业环境的例子。
2014-03-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rheology of dense suspensions of ideally conductive particles in an electric field
本文通过大规模数值模拟研究电场中理想导电颗粒致密悬浮液的流变行为，发现双极电泳主导低剪切状态，剪切增稠在高体积分数下显著，并揭示非线性电动力学可用于主动流变控制。
2023-11-15 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Capillary interactions, aggregate formation and the rheology of particle-laden flows: a lattice Boltzmann study
由毛细桥的形成引起的颗粒的团聚对各种乍一看非常不同的系统（例如毛细悬浮液、化学反应器中的流化床或甚至沙堡）的输送性质具有决定性影响。在这里，我们研究的团聚体的微观结构和流体化悬浮液的流变学之间的连接使用耦合格子玻尔兹曼和离散元方法的方法。我们解决的剪切速率，二次流体表面张力，和悬浮液粘度的影响。毛细管相互作用的存在促进了细丝或球状星团的形成，导致悬浮液粘度增加。出乎意料的是，细丝具有相反的效果相比，球状星团的粘度，降低悬浮液粘度在较大的毛细管相互作用强度。此外，我们表明，悬浮液的粘度也有一个非平凡的影响悬浮液的有效粘度，一个事实通常不考虑经验模型。
2021-09-23 physics.flu-dyn
Suspension flow: do particles act as mixers?
最近，Roht等人[J. Contam.水145，10-16（2013）]观察到，对于在低雷诺数下的窄平行板通道中的压力驱动流，悬浮的非布朗宏观颗粒的存在降低了被动溶质的分散性。这一结果与颗粒的随机扩散运动引起的流线畸变增加溶质的分散和混合的观点相矛盾。因此，为了估计这种运动对溶质的分散性的影响，并调查报告的减少的起源，我们实验研究了粒子速度的概率密度函数（pdf），和时空相关性，在相同的实验配置。我们观察到，作为平均悬浮速度超过一个临界值，粒子的流向速度的pdf显着的变化从对称分布到一个不对称的强烈倾斜的高速度和最可能的速度接近最大速度的峰值。后者的观察和悬浮液微观结构的分析表明，所观察到的溶质的分散性的降低是由于颗粒迁移到通道的中平面，以及随之而来的速度分布的平坦化。此外，我们估计粒子扩散运动对溶质分散性的贡献比报道的减少小三个数量级，因此可以忽略不计。因此，颗粒如何改变通道中的流速分布对溶质分散的影响比颗粒的扩散随机运动大得多。
2015-03-16 physics.flu-dyn
Shear Reversal in Dense Suspensions: The Challenge to Fabric Evolution Models from Simulation Data
尽管工业上的重要性，致密的悬浮液的硬颗粒，很少有本构模型已被提出或测试。其中大多数是有效的“组构演化模型”（FEM）的基础上的应力规则连接体应力的秩-2微观结构组构张量Q和一个封闭的时间演化方程Q。在稠密的悬浮液中，大部分的应力来自短程成对的空间或润滑的相互作用在近接触，所以一个自然的选择Q是偏二阶矩的分布P（p）的近接触的取向p.在这里，我们直接测试是否一个封闭的时间演化方程，这样的Q可以存在无惯性的非布朗硬球在牛顿溶剂。我们进行了广泛的数值模拟下的P（p）的演变剪切反转，提供了一个严格的测试有限元。我们考虑一个由Hand（1962）定义的仅受框架无差异约束的类属。出于小的微观结构的各向异性在致密的政权，我们开始与线性模型，并逐步考虑越来越多的非线性。基于这些结果，我们认为，没有封闭的有限元正确地描述了Q反转下的动态。我们将此归因于这样一个事实，即Q给出了一个穷人的微观结构的描述在大部分的微观结构的演变剪切反转。具体地说，在二阶球谐水平上截断P（p）描述了近接触取向的双叶分布，而在反转时，我们观察到明显的四叶分布;此外，dP/dt（p）具有斜轴，与剪切平面上的Q不共线。这种结构可能妨碍在二级水平上的任何适当闭合。相反，我们的数值数据表明，涉及耦合演化的织物张量和四阶张量的闭包可能是相当准确的。
2017-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Stress analysis of dilute particle suspensions in non-Newtonian fluids with efficient evaluation in the weakly non-Newtonian limit
Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学机械与航空航天工程学院）；Robert Frederick Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, Cornell University（康奈尔大学罗伯特·弗雷德里克·史密斯化学与生物分子工程学院）
本文提出了一种半解析框架，用于计算稀释粒子载流非牛顿流体中的悬浮应力，适用于弱非牛顿极限下的各种流体。
2025-12-23 cond-mat.soft math-ph math.MP
Scattering-Informed Microstructure Prediction during Lagrangian Evolution (SIMPLE) -- A data-driven framework for modeling complex fluids in flow
针对复杂流体本构模型构建及实验流场简单的问题，提出SIMPLE机器学习框架，结合FFoRM-sSAXS实验数据与自编码器、神经网络ODE，实现微结构与流变特性的精准预测。
2023-05-05 physics.flu-dyn
Neural-Network Closures for Complex-Shaped Particles in the Force-Coupling Method
KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）
该研究提出神经网络替代体，通过验证的BEM生成和快速推理，将复杂粒子形状耦合到介观求解器中，实现高精度的悬浮液流变学研究。
2025-12-16 physics.flu-dyn
Radial distribution function of Lennard-Jones fluids in shear flows from intermediate asymptotics
确定剪切流下的胶体悬浮体的微观结构一直是一个挑战的理论和计算方法，由于奇异摄动边界层性质的问题。以前的方法已被限制到硬球系统的情况下，并遭受其适用性的各种限制。我们提出了一个新的分析方案的基础上的中间渐近解决Smoluchowski扩散对流方程，包括分子间和流体动力学相互作用。该方法是能够恢复以前的硬球流体的结果，并首次预测的径向分布函数（rdf）的吸引力的流体，如Lennard-Jones（LJ）流体。特别是，一个新的耗尽效应预测在剪切下的LJ流体的rdf。这种方法可用于理论建模和理解实际流体的流动，应用范围从化学系统到胶体，流变学，等离子体和大气科学。
2019-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
