Electrotaxis of self-propelling artificial swimmers in microchannels
本文研究活性液滴在微通道中的趋电行为，结合实验与流体动力学模型揭示电场、电泳及壁面作用如何诱导U形转弯和逆流轨迹转变。
2024-01-25 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann simulations of lamellar and droplet phases
用格子Boltzmann方法模拟了二维具有平衡层片相和液滴相的二元流体中的旋节线分解。我们强调流体动力学流动相分离动力学的重要性。对于组成稍微不对称的混合物，流体相分离成本体相和层状相，层状相形成独特的螺旋结构以使其弹性能最小化。
1998-01-28 cond-mat.soft
Droplet Spreading on Heterogeneous Surfaces using a Three-Dimensional Lattice Boltzmann Model
我们使用一个三维格子玻尔兹曼模型来研究均匀和非均匀表面上的中尺度液滴的传播。在均匀的基底上，对于一定范围的粘度和表面张力，液滴的基半径随时间增长为$t^{0.28}$。时间演化坍缩到作为无量纲时间的函数的单一曲线上。在由交替的疏水性和亲水性条带组成的表面上，润湿速度是各向异性的，并且液滴的平衡形状反映了下面的基底的润湿性质。
2003-03-05 cond-mat.soft
Self-propelling Microdroplets Generated and Sustained by Liquid-liquid Phase Separation in Confined Spaces
受限空间中的流动传输在技术过程中无处不在，从微孔膜分离和纯化药物成分和生物医学治疗中的药物递送到催化剂填充反应器中的化学和生物质转化以及二氧化碳封存。在这项工作中，我们提出了一个独特的途径，通过自我推进的微滴在密闭空间中增强液体传输。当三元混合物被扩散性差的溶剂稀释时，这些微滴可以从局部的液-液相分离自发形成。高速图像揭示了微滴如何生长、破碎并沿着固体表面快速推进，最大速度高达~160 μ m/s，以响应由相分离产生的急剧浓度梯度。微滴自推进在受限空间的壁之间引起朝向相分离位置的补充流，这又驱动混合物脱离平衡并导致事件的重复级联。我们的研究结果的复杂性和丰富的现象，自推进液滴建议一个有效的方法来增强流动运动的多组分液体混合物在有限的空间内的时间有效的分离和智能运输过程。
2020-12-28 cond-mat.soft
Arrested on heating: controlling the motility of active droplets by temperature
本研究提出一种利用温度敏感表面活性剂混合物作为推进燃料的自驱动液滴实验系统，实现了从非稳态到被阻留运动等热可控且可逆的动态状态，并在原位实验中观察到了驱动自泳运动的基本首次对称破缺。
2025-03-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics of cylindrical droplets on flat substrate: Lattice Boltzmann modeling versus simple analytic models
从理论和格子Boltzmann模拟两方面研究了圆柱形液滴在外力作用下的稳态运动。在保持液滴形状不变性的前提下，液滴质心速度与力密度和液滴半径的平方成线性关系。然而，随着液滴变形变得显著，出现非线性行为。这种变形与在足够高的外力下发生的液滴伸长有关。然而，独立的力密度或液滴的大小，质心速度被发现是线性的动力粘度的倒数。此外，它示出的能量主要耗散在基板附近的区域，特别是接近三相接触线。总的粘性耗散被发现是成正比的力密度的平方和动力粘度的倒数。此外，质心速度的平衡接触角的依赖关系进行了研究。提供了一个简单的分析模型再现所观察到的行为。
2011-02-10 cond-mat.soft
Programmable Active Janus Droplets Driven by Water/Alcohol Phase Separation
我们报告存在的自推进Janus液滴驱动相分离，这是能够提供货物在一个可编程的方式。自推进液滴最初由角鲨烷/单油酸甘油酯溶液中的水/乙醇混合物形成，并且取决于乙醇浓度在多达三个阶段中演变。在第一阶段中，液滴推进由源自乙醇在油相中的溶解的Marangoni流产生。在该过程中，液滴吸收表面活性剂分子;与乙醇的连续损失相结合，这导致水/乙醇/单油酸甘油酯混合物的相分离和Janus液滴的形成，即富水液滴连接到能够递送货物的富乙醇液滴。我们的特点不同的演化阶段的自推进的液滴周围的流场，从一个弱的推动者，在一个中性的游泳者，二聚体的中性游泳者的演变。最后，我们利用这个主动系统来运送DNA作为货物。通过改变液滴的化学成分来调整相分离之前的延迟时间，可以对几种不同的货物输送过程进行编程。
2016-12-23 cond-mat.soft
Roughness gradient induced spontaneous motion of droplets on hydrophobic surfaces: A lattice Boltzmann study
通过三维格子Boltzmann模拟研究了液滴动力学上的柱密度的逐步变化的效果。对于相同的柱密度梯度，但不同的柱排列，在梯度区的运动以及完全逮捕观察。在移动的情况下，液滴速度与纹理梯度近似线性地成比例。提供了一个简单的模型，再现所观察到的线性行为。该模型还预测了液滴速度对表面张力的线性依赖关系。这一预测是明确证实，通过我们的计算机模拟范围广泛的表面张力。
2009-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Spontaneously rotating clusters of active droplets
我们报告自发旋转集群的出现在活性乳剂。自推进液滴的集合体沉积，然后自组织成平面的，六边形有序的簇，这些簇在容器底部盘旋，同时围绕平面法线旋转。这种效应存在于各向同性液滴的对称和不对称布置中，因此不是由几何不对称引起的扭矩引起的。然而，我们发现，个别液滴表现出螺旋游泳模式在一个小窗口的中间活动在一个力自由散装介质。我们表明，通过形成一个有序的集群，液滴合作抑制其混沌动力学，并把瞬态不稳定到一个稳定的旋转状态。我们分析了集体旋转动力学作为液滴活动和集群大小的函数，并进一步提出，在集群中的稳定集体旋转是由集群中的单个液滴的旋转模式之间的合作耦合。
2021-12-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A bouncing oil droplet in a stratified liquid and its sudden death
当液滴浸入存在浓度梯度的另一种液体中时，液滴可以自推进。在这里，我们报告的实验和数值研究的自推进油滴在垂直分层的乙醇/水混合物：首先，液滴下沉缓慢，由于重力，但然后，在达到其密度匹配的位置，突然跳起来。更值得注意的是，液滴反弹反复不断增加的跳跃距离，直到突然停止后约30分钟。我们确定的Marangoni应力在液滴/液体界面负责跳跃：其强度呈指数增长，因为它拉下富含乙醇的液体，这反过来又增加了它的强度甚至更多。跳跃过程可以重复，因为重力恢复了系统。最后，还解释了跳跃液滴的突然死亡。我们的研究结果表明，一种类型的突出液滴反弹内连续介质没有壁或尖锐的界面。
2018-12-04 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Deformation and break-up of viscoelastic droplets Using Lattice Boltzmann Models
我们调查的牛顿/粘弹性液滴在粘弹性/牛顿矩阵的流体动力学条件下的限制剪切流的破碎。我们的数值方法是基于格子玻尔兹曼模型（LBM）和有限差分（FD）计划的组合。LBM被用来模拟两个不混溶的流体与可变的粘度比（即液滴基质粘度的比率）; FD计划被用来模拟粘弹性，和聚合物的动力学引入使用粘弹性流体的本构方程与可伸缩的非线性弹性哑铃与Peterlin的封闭（FENE-P）。我们研究了强和弱限制的情况下，突出的作用，基质和液滴的粘弹性改变液滴动力学启动后的剪切流。模拟提供了容易获得的数量，如液滴变形和取向，并将用于定量预测临界毛细管数在液滴破裂，后者是强烈相关的形成多个颈缩在分手。这项研究补充了我们以前对液滴粘弹性作用的研究（A。Gupta \M. Sbragaglia，{ \it Phys. Rev. E} { \bf 90}，023305（2014）），并且在此进一步扩展到基质粘弹性的情况。
2016-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Spurious velocities in lattice Boltzmann
用多相格子玻尔兹曼方法模拟静止液滴会导致液滴周围出现虚假速度。在这篇文章中，我报告的起源，这些虚假的速度为一个例子，并显示如何可以避免。
2002-07-23 cond-mat.soft
Overload wave-memory induces amnesia of a self-propelled particle
信息存储是自主、非平衡动力学的关键要素，特别是对于生物和合成活性物质。然而，在合成的活性物质中，自我推进系统中的内部记忆的实现往往是缺席的，限制了我们对记忆驱动动力学的理解。最近，由液滴产生其引导波场组成的系统出现作为这样的调查的主要候选人。事实上，推动液滴的波场编码了关于液滴轨迹的信息，并且信息量可以由单个标量实验参数控制。在这项工作中，我们数值和实验表明，在波场中的信息的积累引起的时间相关性的损失，其中的动态，然后可以描述一个无记忆的过程。我们合理化所产生的统计行为，通过定义一个有效的温度为粒子动力学的波场作为一个恒温器的大尺寸，并通过证明所产生的波场的最小化原则。
2022-04-22 cond-mat.soft
Flow fields around active droplets squeezing through tight confinements
本文利用高分辨率荧光显微镜、μ-PIV和有限元模拟，揭示了主动液滴在越来越窄的微通道中变形游动时，其流体动力学特征从“推动者”型速度场演化为“拉动者”型并最终变为非对称速度场的机制。
2024-07-05 cond-mat.soft
Viscous coalescence of droplets: a Lattice Boltzmann study
用格子玻尔兹曼方法研究了两个静止液滴在饱和汽相中的聚并过程。我们发现，在粘性区，桥半径服从时间的t^{1/2}标度律，其特征时间尺度由粘性时间给出。我们的研究结果显着不同的预测现有的分析理论的粘性聚结，以及从实验观察。虽然这些偏差的根本原因是目前未知的，一个简单的缩放参数给出了很好地描述我们的结果。
2013-05-15 cond-mat.mtrl-sci 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
Bidirectional Motion of Droplets on Gradient Liquid Infused Surfaces
我们证明了自发的双向运动的液滴在液体注入的表面上的存在下的地形梯度，其中液滴可以移动到更密集或更稀疏的固体部分区域。我们的分析理论解释了这种双向运动的起源。此外，使用格子玻尔兹曼模拟和实验，我们表明，决定运动方向的关键因素是固体表面上的液滴和润滑油膜上的润湿性差异。示出了液滴和润滑剂的各种组合以及不同形式的地形梯度的双向运动。
2020-04-22 cond-mat.soft
Chemotactic self-caging in active emulsions
本研究以自驱动液滴为化学活性粒子模型，通过实验与模拟定量分析液滴间化学排斥信号的交流机制，揭示活性乳液中由负自趋化性引发的瞬态自笼动力学阻滞现象，为相关集体动力学研究提供新见解与预测原理。
2022-03-07 cond-mat.soft
Modelling droplets on superhydrophobic surfaces: equilibrium states and transitions
我们提出了一个格子玻尔兹曼解决方案的运动方程描述的扩散液滴的拓扑图案化的基板。我们将其应用于模拟由微米级柱阵列覆盖的表面上的超疏水行为。我们发现图案化导致接触角从$110^o$大幅增加到$156^o$。描述了从悬挂在柱子顶部的液滴到塌陷在凹槽中的液滴的过渡的动力学。
2005-04-11 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann modeling of cholesteric liquid crystal droplets under an oscillatory electric field
我们数值研究了准二维胆甾相液晶液滴在随时间变化的电场中以恒定角速度旋转的动力学行为。还引入了位于液滴界面处的表面活性剂以防止液滴聚结。动力学建模的混合数值方法，其中一个标准的格子玻尔兹曼技术解决了纳维-斯托克斯方程和有限差分格式集成的液晶和表面活性剂的演化方程。我们的研究结果表明，一旦该领域被打开，液晶旋转相干触发并发轨道运动的两个液滴围绕对方，由于动量转移到周围的流体的效果。此外，拓扑缺陷，从内的液晶的冲突取向的下降，表现出一个混乱的胆甾类运动与高间距，在对比度与规则的一个发生沿向列型下降中观察到的圆形轨迹。发现这种行为取决于所施加的场的大小和频率以及液晶在液滴界面处的锚定。通过测量流体和液滴在不同频率的外加场下的角速度来定量评估这些发现。
2023-03-10 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Curvature dependence of the electrolytic liquid-liquid interfacial tension
本文研究了在微观离子存在下被另一种液体包围的液滴的界面张力随液滴半径的变化规律。在线性Poisson-Boltzmann理论中得到了界面张力的解析表达式，并与非线性Poisson-Boltzmann理论的数值结果进行了比较。过量的液-液界面张力相对于纯的，无盐的液-液界面张力被发现分解成一个曲率独立的部分，由于短程界面效应和曲率依赖的静电贡献。确定了几个曲率依赖的制度的不同缩放的静电过剩界面张力。液滴和本体液体交换时的界面张力的对称关系被发现保持在低曲率极限，例如，导致多余托尔曼长度的符号变化。对于某些系统，当且仅当液滴尺寸超过液滴中的德拜屏蔽长度时，与本体中的德拜长度无关，直到二阶的低曲率展开才是适用的。
2008-09-29 cond-mat.soft
Hydrodynamic interaction of a self-propelling particle with a wall: Comparison between an active Janus particle and a squirmer model
利用格子Boltzmann模拟，我们研究了一个活跃的球形粒子附近的无滑移壁的流体动力学。我们开发了一个计算模型的活性Janus粒子，通过考虑不同的和独立的迁移率的两个半球和比较的行为，以一个标准的蠕动model.We表明，拓扑结构的远场流体动力学性质的活性Janus粒子是类似的标准蠕动模型，但在近场的流体动力学不同。为了研究近场效应如何影响粒子与平壁之间的相互作用，我们通过大量的数值模拟比较了Janus游泳者和无滑动表面附近的蠕动者的行为。我们的研究结果表明，这两个模型之间的一般是一个很好的协议，但他们揭示了一些关键的差异，特别是与低幅度的蠕动参数$β$。值得注意的是，当与标准蠕动器相比时，对于活性Janus颗粒，被捕获在表面处的颗粒的亲和力增加。最后，我们发现，当颗粒被困在表面上，平行于表面的速度超过了整体游泳速度和$|β|$的线性比例。
2017-11-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
All good things come in threes - Three beads learn to swim with lattice Boltzmann and a rigid body solver
我们模拟了在低雷诺数的制度中的流体中的设备的自推进。每个装置由三个与两个阻尼谐波弹簧连接的主体（球体或胶囊）组成。正弦驱动力压缩在刚体物理引擎内解决的弹簧。后者是一贯耦合到一个三维格子玻尔兹曼框架的流体动力学。在三球装置的模拟中，我们发现推进速度与理论预测吻合得很好。在模拟中，一些或所有的球体被替换为胶囊，我们发现，设计的不对称性强烈影响推进效率。
2011-08-03 cond-mat.soft cs.CE physics.flu-dyn
Orientational instability and spontaneous rotation of active nematic droplets
在实验中，浸没在大量表面活性剂溶液中的单个化学活性液晶（LC）液滴可以沿着直线、螺旋形或随机轨迹自推进。在本文中，我们开发了一个极小模型捕捉所有三种类型的自推进轨迹的情况下，垂直锚定在LC-流体界面上的液滴的ACLC。我们模拟由一个单一的首选的极化矢量是两个重定向机制，即内部流动引起的位移的刺猬缺陷和液滴的旋转的主题的下降内的导演字段。在此降阶模型中，液滴的表面活性剂传输和表面活性剂的有序化之间的耦合由液滴的界面性质随表面活性剂极化的变化来表示。我们的分析表明，一种新的模式的取向不稳定性出现从两个重定向机制的竞争，其特征在于由一个自发旋转的螺旋状的自推进轨迹负责的自推进下降。反过来，我们还表明，随机轨迹在各向同性和dropdrops都源于对流驱动的过渡到混沌。不同的推进模式的继承是一致的实验报告的液滴轨迹的形状的转变，作为液滴的大小是不同的。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Simulating liquid-vapor phase separation under shear with lattice Boltzmann method
利用Shan-Chen格子Boltzmann模型研究了剪切作用下的汽液两相分离。除了流变特性外，我们还分析了由于界面两侧流体的切向速度差而引起的Kelvin-Helmholtz（K-H）不稳定性。我们还讨论了液滴的生长行为。靠近壁的区域是层状有序的，其中流体动力学效应占主导地位。在大部分的系统的图案是近各向同性的，其中畴生长的结果主要来自扩散机制。界面张力和K-H不稳定性使近壁处的液带易于破裂。当剪切速率增大时，由于上游蒸发与下游凝结的不等价性以及表面张力的作用，液滴斜向伸长。较强的对流使材料颗粒的转移更容易，从而使液滴变得更大。
2009-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mesoscopic modelling of droplets on topologically patterned substrates
我们提出了一个格子玻尔兹曼模型来描述微滴在拓扑图案化衬底上的扩散。我们将其应用于模拟由微米级柱阵列覆盖的表面上的超疏水行为。我们发现图案化导致接触角从$110^o$大幅增加到$156^o$。
2004-01-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pinning-depinning mechanism of the contact line during evaporation on chemically patterned surfaces: A lattice Boltzmann study
本文采用具有液-气相变的热多相晶格玻尔兹曼（LB）模型，数值研究了化学条纹图案表面上液滴蒸发过程中接触线的钉扎和脱钉机制。在扩散界面的情况下，局部力平衡被引入到解释的平衡态的化学图案化表面上的液滴。结果表明，当接触线被钉扎在疏水-亲水边界上时，不同的接触角可以解释为每个组分所占据的接触线长度的变化。LB模拟很好地捕捉了化学图案化表面上蒸发液滴的粘滑跳跃行为。特别地，在粘附（钉扎）模式期间清楚地观察到接触线的缓慢移动，这表明在化学条纹图案化表面上的液滴蒸发期间接触线的钉扎实际上是一个动态钉扎过程，并且动态平衡是通过由每个组件占据的接触线的自调节来实现的。此外，它示出，当表面张力随温度而变化时，Marangoni效应对接触线的脱钉有重要影响，这发生在由Marangoni应力引起的力的水平分量（朝向液滴的中心）克服了不平衡的杨氏力朝向外部时。
2016-09-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simple model squirmers with tunable velocity
我们提出了一个计划的自我推进液滴密切模仿一些原生动物的有机体，所谓的蠕动的运动。与先前提出的其他方案相比，运动路径不是自回避的，因为蠕动对周围介质的影响很弱。我们的研究结果表明，不仅速度，而且操作模式（即，流场的球谐函数）可以通过适当地改变参数来控制。
2011-03-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Chaotic and periodical dynamics of active chiral droplets
许多生物分子的手性与作为生物过程的结果以小长度尺度注入的能量之间的相互作用是细胞生命的基础。为了揭示这两个特征之间的联系，本文在活性凝胶理论的框架内，通过格子Boltzmann模拟方法，分析了胆甾相液晶在强活性掺杂作用下的活性液滴行为。我们发现，一个液滴的手性液晶，由主动力偶极子，开发缺陷环（闭合向错线），刺穿液滴的内部，导致液滴开发一个不稳定的运动模式。当液滴是由in-warding主动扭矩偶极子，三种不同的动力学制度的发展在不同的热力学手征和活性能量注入的强度：一个稳定的旋转状态，在低活性，间歇性向错舞蹈制度，和湍流状态，其中封闭的向错线的形成被抑制和新的对带相反电荷的表面缺陷导致混沌旋转运动的发展。最后，我们表明，外向扭矩偶极子能够维持一个周期性的动力学在更高的手征特征的成核/湮灭对向错环。
2020-08-17 cond-mat.soft
Effects of viscoelasticity on droplet dynamics and break-up in microfluidic T-Junctions: a lattice Boltzmann study
粘弹性对微流体T型接头中流体线的动力学和断裂的影响进行了研究，使用数值模拟稀聚合物溶液在改变毛细管数（$\mbox {Ca}$），即在改变界面处的粘性力和表面张力之间的平衡，直到$\mbox{Ca} \approx 3 \times 10^{-2}$。基于格子Boltzmann模型（LBM）的溶剂的Navier-Stokes（NS）描述在这里耦合到有限可延伸非线性弹性哑铃的本构方程与Peterlin提出的封闭（FENE-P模型）。我们提出了三维模拟的结果，在$\mbox{Ca}$的范围是足够宽的，以表征所有三个特征机制的分裂在受限的T-结，即${\it squeezing}$，${\it dripping}$和${\it jetting}$制度。FENE-P本构方程的各种模型参数，包括聚合物的弛豫时间$τ_P$和有限的可延伸性参数$L^2$，被改变，以提供关于动力学和破碎性能如何受粘弹性影响的定量细节。我们将分析${\it Droplet ~Viscoelasticity}$（DV）的情况，其中粘弹性质被限制在分散（d）相中，以及${\it Matrix ~Viscoelasticity}$（MV）的情况，其中粘弹性质被限制在连续（c）相中。在本研究中考虑了两相的中等流速比$Q \approx {\cal O}(1)$。总的来说，我们发现，在MV的情况下，效果更明显，因为流动驱动的…
2016-11-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Amoeboid movement utilizes the shape coupled bifurcation of an active droplet to boost ballistic motion
该研究通过傅里叶模式分析揭示大变形虫在饥饿与营养期存在两种迁移模式，并利用活性液滴对称性论证发现迁移速度的超临界叉形分岔，表明形状对称性破缺驱动从静止到随机及弹道运动的切换，优化了亚毫米尺度运动效率。
2024-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Mesoscopic electrohydrodynamic simulations of binary colloidal suspensions
本文提出了一种求解混合流体中胶体悬浮液动电现象的模型。采用格子玻尔兹曼方法求解含BGK碰撞算子的离散玻尔兹曼方程，模拟二元流体流动。溶剂-溶剂和溶剂-溶质相互作用使用赝势模型实现。能斯特-普朗克方程，描述溶解离子物种的动力学，使用有限差分离散的基础上的链接通量方法求解。胶体在晶格上分解，并通过适当的边界条件耦合到流体动力学和电动力学。我们提出了这三个要素的第一次全面整合。通过与已知的流体界面处的离子分布、介电液滴变形和胶体悬浮液的电泳迁移率的解析解进行比较，该模型得到了验证。它的可能性探索考虑各种物理系统，如带电和中性液滴和胶体动力学在平面或球形流体界面的分裂。
2018-02-20 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann Methods and Active Fluids
我们回顾了活跃的流体，特别注意流体动力学连续模型和格子玻尔兹曼方法（LBM）在这一领域的使用的艺术状态。我们提出的热力学的活性流体，在液晶建模适合于描述大规模组织的活性系统，以及其他有效的唯象模型。我们讨论如何LBM可以实现解决流体动力学的活性物质，从一个简单的流体的情况下，我们明确恢复连续方程的Chapman-Enskog扩展。超越这个简单的情况下，我们总结了如何LBM可以用来处理复杂的和活跃的流体。然后，我们回顾了最近的事态发展有关的一些相关主题的活性物质，已经通过LBM研究：自发流动，自推进液滴，活性乳液，流变学，主动湍流，和活性胶体。
2019-10-04 cond-mat.soft
Effect of shear on droplets in a binary mixture
在这篇文章中，我们使用格子玻尔兹曼模拟研究剪切流的影响，在相分离的二元混合物的平衡液滴。我们发现，大滴打破了剪切力的增加，但小滴溶解。我们还展示了如何尖端流，观察到变形滴，导致动态平衡的状态。
1997-08-18 comp-gas cond-mat.soft nlin.CG
Modeling of multiple three phase contact lines of liquid droplets on geometrically patterned surfaces: continuum and mesoscopic analysis
通过求解毛细流体静力学的杨-拉普拉斯方程，可以精确地确定液滴在相对光滑固体表面上的平衡形状。然而，当液滴位于几何图案化的表面上时，Young Laplace方程的解变得棘手，并且由于气穴被捕获在液滴下方，因此没有考虑多个且先验未知的三相接触线。在这项工作中，我们提出了一个增广的杨拉普拉斯方程，其中采用了统一的制定液/气和液/固界面，纳入微尺度相互作用。这样，我们就绕过了每条三相接触线处杨氏接触角边界条件的实现。我们证明了该方法的效率，通过计算平衡润湿状态的整个液滴坐在几何结构的表面，并比较结果与介观格子玻尔兹曼模拟。应用完善的参数连续技术，使跟踪稳定和不稳定的平衡解决方案，如果有必要的能量障碍分离共存的稳定wettign状态的测定。由于能垒决定了表面是促进还是抑制某些润湿转变，因此它们的计算对于许多技术应用都很重要。我们的连续级分析可以很容易地应用到图案化的表面增加和非结构化的几何复杂性，具有显着的计算优势，相比，通常用于相同的任务，计算要求的介观模拟。
2013-06-04 cond-mat.soft
Contact angle determination in multicomponent lattice Boltzmann simulations
疏水表面上的液滴在微流体应用中是普遍存在的，并且存在许多常用的多组分和多相格子Boltzmann方案来研究这样的系统。在本文中，我们专注于一个流行的实现多组分模型介绍单和陈。在这里，不同组件之间的相互作用被实现为排斥力，其强度由模型参数确定。在本文中，我们提出了一个疏水表面上的液滴的模拟。我们研究了接触角对模拟参数的依赖性，并定量比较了不同的方法来确定它。结果表明，该方法能够模拟整个范围的接触角。我们发现，先验确定的接触角是取决于模拟参数的不确定性为10%至20%。
2010-10-13 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Droplet breakup driven by shear thinning solutions in a microfluidic T-Junction
基于液滴的微流体技术被证明是一种有效的和可调节的平台，用于数字分析、细胞封装、药物配制和聚合酶链式反应。通常，对于大多数生物医学应用，涉及复杂的非牛顿流体的处理，例如滑液和唾液、胶原和凝胶支架。在这项研究中，我们调查的问题发生在一个微流体的T形路口，当连续相是由剪切稀化液体的液滴形成。首先，我们详细回顾了破碎过程，提供了广泛的，并排的牛顿和非牛顿液体之间的比较在未开发的范围内的流动条件和粘性响应。携带液滴的非牛顿液体由黄原胶溶液制成，黄原胶溶液是一种显示出显著剪切稀化流变学的硬棒状多糖。通过定义一个有效的毛细管数，一个简单而有效的方法是用来占剪切依赖的粘性响应发生在破碎。液滴尺寸可以通过简单地知道本体连续相的流变学来在宽范围的流动条件下预测。实验结果与纯剪切稀化流体使用格子玻尔兹曼模型的数值模拟进行了补充。实验和数值计算数据之间的良好一致性证实了所提出的有效毛细管数的重标度的有效性。
2018-01-27 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann models for non-ideal fluids with arrested phase-separation
研究了格子Boltzmann模型中的中程斥力对单组分非理想流体的聚结/分裂行为的影响。据发现，中程排斥相互作用允许形成喷雾状，多液滴配置，液滴大小直接相关的排斥相互作用的强度。模拟表明，仅仅百分之十的中程排斥赝能就可以将相分离流体的表面/体积比提高近两个数量级。利用一个正式的类比与磁性伊辛系统，一个赝势能的定义，这是发现表现得像一个准守恒量的大部分时间的演变。这提供了一个有用的定量指标的稳定性的各种配置，从而帮助他们的解释和分类的任务。本方法似乎是一个很有前途的工具，复杂的流动现象，如雾化，喷雾形成和微乳液，破碎现象，并可能玻璃状系统以及计算建模。
2010-08-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
The effect of the liquid layer thickness on the dissolution of immersed surface droplets
液滴在液体浸没的固体表面上是许多应用中的关键要素，例如高通量化学分析和液滴模板多孔材料。当周围的液体不饱和时，这种表面液滴溶解，并且溶解过程通常被处理为类似于在空气中蒸发的固着液滴。通常，理论模型预测溶解液滴的质量损失率作为液滴几何因素（半径、恒定角度）和液滴材料性质（扩散常数和密度）的函数，其中忽略周围液体层的厚度。在这里，我们调查，数值和理论上，周围的液体层的厚度上的溶解表面液滴的寿命的效果。我们进行了$3D$格子玻尔兹曼模拟，发现寿命与液体层的厚度成正比。我们提出了一个准静态扩散方程的基础上，证实了数值结果的理论模型。我们的研究结果提供了深入了解溶解表面液滴的基本理解，并可以提供有价值的指导方针，其中液滴寿命是很重要的设备的设计。
2019-07-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modelling droplet-particle interactions on solid surfaces by coupling the lattice Boltzmann and discrete element methods
Institute for Multiscale Thermofluids, School of Engineering, University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院多尺度热流体研究所）
该研究耦合LBM与DEM开发三维数值方案，模拟液滴-颗粒在固体表面的相互作用，揭示液滴除污机制，还可探究相关环境现象并调控实验难调参数。
2026-07-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Morphology and flow patterns in highly asymmetric active emulsions
我们调查数值，通过混合格子玻尔兹曼方法，形态和动力学的极性活性凝胶，收缩或伸展，和各向同性被动流体制成的乳液。我们专注于一个高度非对称的情况下，有源和无源元件之间的比例。在没有任何活动的情况下，我们观察到一个六阶液滴相，在布局中有一些缺陷。我们研究如何在收缩和伸展的情况下，系统的形态受到活动的影响。在可伸展的情况下，少量的活动有利于消除缺陷的阵列中的液滴，而在较高的活动，首先出现星状旋转液滴，然后出现无序的图案。在收缩的情况下，在足够高的活性值下，形成伸长的结构。能量和涡度拟能行为标志着不同区域之间的过渡。
2019-02-19 cond-mat.soft
Wetting gradient induced separation of emulsions: A combined experimental and lattice Boltzmann computer simulation study
通过实验和理论研究相结合的乳液的引导运动。工作的重点是通过一个逐步的（突然）改变润湿性能的基板沿给定的空间方向产生的驱动力有关的基本问题。二元乳液的实验明确表明，相对于基板的两个不同部分的流体组分（在我们的实验中为水）之一的选择性润湿性是足够的，以驱动分离过程。这些研究都伴随着近似的分析参数，以及格子玻尔兹曼计算机模拟，专注于润湿梯度对内部液滴动力学的影响，以及其相对强度相比，体积力驱动的流体流动。这些理论研究表明，相对于平面通道，在开放基底的情况下，润湿梯度诱导力对接触角和液体体积的依赖性在性质上不同。特别是，对于我们的实验的参数范围内，狭缝的几何形状被发现产生相当高的分离力相比，开放基板。
2009-10-16 cond-mat.soft
Simulations of amphiphilic fluids using mesoscale lattice-Boltzmann and lattice-gas methods
我们比较了两个最近开发的介观模型的二元不混溶和三元两亲性流体。我们详细描述和比较的算法，并讨论其稳定性。对三元液滴相和二元水-两亲性海绵相自组装的模拟结果进行了比较和讨论。这两种模型都需要并行实现和部署大规模并行计算资源，以实现合理的三维模型的模拟时间。两种不同的并行架构的并行化策略和性能进行了比较和讨论。多相流体的大规模三维模拟需要广泛使用高性能可视化技术，以便能够解释大量复杂的数据。我们报告我们的经验与两个商业可视化产品：AVS和VTK。我们还讨论了应用和使用新的计算转向技术，更有效地利用高性能计算资源。最后，我们对这两种模式的未来发展提出了一些建议。
2002-12-06 cond-mat.soft
Lattice Boltzmann simulations of contact line motion in a liquid-gas system
我们使用格子玻尔兹曼算法的液-气共存的研究两个剪切壁之间的液滴的稳态界面轮廓。该算法求解系统的流体动力学运动方程。部分润湿的墙壁上实施同意卡恩理论。这使我们能够研究导致三相接触线运动的过程。我们确认，该公司是一个功能的毛细管数和有限尺寸的分析表明，出现了一个动态的接触角，它可以被定义在一个区域中的界面曲率趋于零。
2002-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Multicomponent Flow on Curved Surfaces: A Vielbein Lattice Boltzmann Approach
我们开发并实现了一种新的格子Boltzmann格式来研究曲面上的多组分流动，将连续性和纳维-斯托克斯方程与Cahn-Hilliard方程耦合来跟踪二元流体界面的演化。标准的格子玻尔兹曼方法依赖于规则的笛卡尔网格，这使得它通常不适合研究曲面上的流动问题。为了减轻这种限制，我们使用一个vielbein形式主义写下玻尔兹曼方程的任意几何形状，并解决了流体分布函数的演化使用有限差分方法。作为曲面的一个例子，我们专注于环面几何形状，展示了嵌入在环面表面上的流体液滴和条纹的漂移运动。有趣的是，它们在相反的方向上迁移：流体液滴到外侧，而流体条纹到环面的内侧。对于后者，我们证明了全球最小配置是唯一的小条纹宽度，但它成为大条纹宽度的。我们的模拟也与拉普拉斯压力的流体条纹的分析预测，以及它们的阻尼振荡运动，因为它们接近平衡配置，捕获相应的衰减时间尺度和振荡频率。最后，我们模拟的流体动力学和扩散制度的各种形状的环面的相分离的二元流体的粗化动力学，并比较结果对一个平坦的二维表面。我们的格子玻尔兹曼方案可以扩展到其他表面，并耦合到其他动力学方程，开辟了广泛的应用，涉及复杂的流动曲线几何形状。
2019-04-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Wetting boundary conditions for multicomponent pseudopotential lattice Boltzmann
边界条件的实现是对通过通道和复杂介质的流体流动进行建模的最具挑战性的部分之一。在这里，我们表明，现有的方法来处理与液体壁的相互作用，使用多组分格子玻尔兹曼是准确的，当壁与晶格的主轴对齐，但失败，否则。为了解决这个问题，我们扩展了以前开发的多相模型的策略。作为一个例子，我们研究了两个液滴在二维曲面上的聚并。这里提出的策略是特别相关的二元流动在复杂的几何形状。
2021-03-27 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spreading Dynamics of Nanodrops: A Lattice Boltzmann Study
纳米液滴的扩散是一种有趣的技术相关现象，其中热波动导致与众所周知的确定性定律的意外偏差。这里，我们应用新开发的波动非理想格子玻尔兹曼方法[Gross等人，J. Stat.机械、P03030（2011）]，用于研究该问题。重申Davidovich和同事[PRL 95，244905（2005）]的预测，我们提供了第一个独立的证据，证明在二维和三维几何中存在渐近的，自相似的噪声驱动的传播机制。确定性坦纳定律的交叉，其中液滴的底部半径$b$随时间增长（在3D中）为$b \sim t^{1/10}$，以及噪声主导的状态，其中还通过调节热噪声的强度来观察$b \sim t^{1/6}$。
2013-12-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Evaporation-Driven Nanowire Self-Assembly in an Elongated Droplet
Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (IET-2), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
研究负载纳米线的细长液滴干燥过程，用介观晶格玻尔兹曼模拟，关注液滴几何形状等影响。发现细长液滴形状会致不均匀，增加纳米线吸引力可改善连通性但降低均匀性，增加长度则有双重益处，为印刷电子平衡电传输与结构均匀性提供指导。
2026-10-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Parallelised Hoshen-Kopelman algorithm for lattice-Boltzmann simulations
我们讨论了两个主题，我们遇到了在我们的格子玻尔兹曼模拟复杂的流体：液滴的大小在颗粒稳定的乳液和流体流动中的可变形颗粒。这些看似不同的主题的共同点是，它们都代表了Hoshen-Kopelman算法的新应用的机会。该算法基于检测网格上的连接簇并标记所涉及的网格站点，使得所有连接的站点共享相同的标签。晶格存在的假设使其成为与晶格玻尔兹曼模拟结合使用的方便算法。为了在大规模并行仿真期间动态应用该算法，它也需要并行化。我们提出了我们的并行实现，这是专门为一个共同的并行化计划的格子玻尔兹曼方法，并比较它与以前的工作。然后，我们简要地讨论了一些例子，使用这个过程所获得的结果。
2014-11-03 cond-mat.soft physics.comp-ph
Contact Angle Measurement in Lattice Boltzmann Method
接触角是润湿、毛细作用和移动接触线的基本特征;然而，尽管接触角现象被有效地模拟，但在计算流体动力学中，特别是在动态环境中，接触角的精确和实时测量还没有得到很好的研究。在这里，我们设计了一个基于几何的介观方案，在现场测量格子玻尔兹曼方法中的接触角。在不考虑重力影响的情况下，计算结果与球冠法的基准值吻合得很好。通过模拟光滑固体表面上的固着液滴和悬垂液滴以及化学非均匀表面上的接触角滞后，在重力环境中进一步验证了该方案的质量。该方案简单、高效，只需要本地数据。该方法不依赖于多相模型，可以很容易地扩展到三维动态接触角测量。
2018-01-22 cond-mat.soft physics.comp-ph
Sliding droplets of Xanthan solutions: a joint experimental and numerical study
我们已经研究了由黄原胶，一种刚性棒状多糖，表现出非牛顿行为的解决方案制成的液滴的滑动，特别是其特征在于由剪切速率依赖的粘度。这些实验结果与牛顿流体（水）的实验结果进行了定量比较。通过平均无量纲速度（即毛细数）与无量纲体积力（即邦德数）之间的关系，说明了非牛顿行为对滑动过程的影响。为此，需要定义计算剪切变稀流体的毛细管数的操作策略，并与相应的牛顿流体情况进行比较。实验结果与滑动液滴的格子Boltzmann数值模拟进行了补充，旨在解开非牛顿流动特性对滑动的影响。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Lightweight Lattice Boltzmann
本文提出一种GPU加速的轻量级格子玻尔兹曼方法，通过从流体力学变量重构分布函数以降低内存和数据访问成本，并通过液滴碰撞等基准测试验证其在软物质模拟中的有效性。
2024-11-22 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice-Boltzmann simulations of electrowetting phenomena
我们提出了一个格子玻尔兹曼方法，可以模拟耦合的流体力学和静电学运动方程的两相流体作为一种手段来模拟电润湿现象。我们的方法具有建模的静电场内的格子玻尔兹曼算法本身的优点，消除了需要一个混合的方法。我们验证我们的方法通过再现的静力平衡配置的液滴施加电压，并表明，下降的表观接触角取决于电压以下的杨-李普曼方程的接触角$\approx 50^\circ$。在较高的电压下，我们观察到由电应力和毛细管应力之间的竞争引起的接触角的饱和。我们还研究了被困在导电流体和固体电极之间的电介质膜的稳定性，并发现与基于润滑理论的分析预测很好的一致。最后，我们调查了在很长一段时间内的膜动力学，并报告了类似于先前报道的实验结果的膜破裂和截留的观察。
2018-12-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Achieving tunable surface tension in the pseudopotential lattice Boltzmann modeling of multiphase flows
在本文中，我们的目的是解决一个重要的问题，赝势格子玻尔兹曼（LB）模型，这引起了人们的关注，作为一个介观模型模拟复杂流体的界面动力学，但遭受的问题，表面张力不能独立的密度比调谐。在文献中，设计了多范围电位来调节表面张力[Sbragaglia等人，E 75，026702（2007）]。然而，最近发现，当采用多量程电位调节表面张力时，体系的密度比会发生变化。因此，在本工作中提出了一种新的方法。其基本策略是在LB方程中加入源项，以调节赝势LB模型的表面张力。所提出的方法可以保证表面张力的调整不影响赝势LB模型的机械稳定性条件，从而提供了对表面张力和密度比的单独控制。同时，它仍然保留了赝势LB模型的介观特征和计算简单性。对静止液滴、毛细波和液滴在薄液膜上的飞溅进行了数值模拟。数值结果表明，该方法能够在很宽的范围内实现表面张力的可调，并且在调节表面张力时，密度比保持不变.
2013-10-14 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
