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
Inertial effects on the interphase drag force and rheology of dilute suspensions of buoyant droplets at low Reynolds number
IFP Energies Nouvelles（法国石油研究院）
本文研究了低雷诺数下稀释浮力液滴悬浮液中惯性效应对界面摩擦力和流变学的影响，发现有效应力与相对速度、速度方差及其空间梯度的二次项相关。
2026-07-28 physics.flu-dyn
Helical locomotion in dilute suspensions
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Brown University（布朗大学）
为理解介质异质性对鞭毛细菌游动的影响，本研究通过实验和理论分析刚性螺旋在稀释悬浮液中的运动，发现颗粒浓度提升推进效率，开发理论方法解释机制，验证人工游泳者速度增超60%，为生物医学人工装置设计提供参考。
2024-11-26 physics.flu-dyn
Experimental investigation of turbulent suspensions of spherical particles in a square duct
本文报道了方形管道中球形颗粒湍流的实验观测。三种粒度，即：研究了$2H/d_{p}$ = 40、16和9（$2H$是管道全高，$d_{p}$是颗粒直径）。颗粒相对于悬浮流体几乎是中性浮力的。折射率匹配-粒子图像测速法用于测量流体速度，即使在最高的粒子体积分数（20%）下，粒子跟踪测速法用于测量两种最大尺寸粒子的粒子速度统计，而对于最小的粒子，仅报告压力测量。在最低体积雷诺数$Re_{2H}\approx$ 10000时观察到沉降效应，而在最高体积雷诺数$Re_{2H}\approx$ 27000时，颗粒几乎完全悬浮。悬浮液的摩擦系数被发现是显着大于单相管道流在较低的$Re_{2H}$调查，但是，差异减小时，增加流量和总阻力的值接近单相流在较高的雷诺数考虑。对于几乎所有的$Re_{2H}$，发现压降随着体积分数低于$ϕ$ = 10%的粒径而减小。然而，在最高的体积分数$ϕ$ = 20%，我们报告了一个奇特的非单调行为：压降首先减少，然后增加，随着颗粒尺寸。在最低体积分数下，湍流阻力随颗粒尺寸的减小与湍流的衰减有关。然而，对于$ϕ$ = 20%的两个最大颗粒尺寸，尽管湍流应力大幅降低，但仍会出现阻力增加，因此，这是由于显著的颗粒诱导应力。
2018-09-18 physics.flu-dyn
Drag force of a compressible flow past a random array of spheres
我们进行粒子分辨模拟的亚音速和跨音速流过去的随机阵列的球形粒子。雷诺数保持在$Re{\approx}300$，以确保流动保持在连续状态。在低体积分数下，由于激波的形成，阻力在临界马赫数附近急剧增加，并且在整体流为超音速时达到最大值。在较高的体积分数下，邻近诱导的流体动力相互作用降低了临界马赫数。引入了有效马赫数来反映压缩性增加对阻力的影响。本文提出了一个新的阻力关联式，它适用于亚音速和弱超音速稀到中等密度悬浮液的流动。
2022-08-21 physics.flu-dyn
Universal Scaling Laws for Dense Particle Suspensions in Turbulent Wall-Bounded Flows
本文研究了平板槽道湍流中中性浮力球稠密悬浮液的宏观行为。我们发现，颗粒大于最小的湍流尺度导致悬浮液偏离连续极限，其动态是很好地描述了一个有效的悬浮液粘度。这种偏差是由于在壁面附近形成具有显著滑移速度的颗粒层而引起的。通过假设两个不同的运输机制，在近壁层和湍流的散装，我们定义了一个有效的壁位置，使在散装的流动仍然可以准确地描述由一个有效的悬浮液粘度。因此，我们提出了缩放律的悬浮液流的平均速度的轮廓，连同一个主方程能够预测的阻力增加的颗粒尺寸和体积分数的函数。
2016-08-31 physics.flu-dyn
Turbulent channel flow of dense suspensions of neutrally-buoyant spheres
稠密颗粒悬浮液在许多应用和环境流动中广泛遇到。虽然许多以前的研究调查他们的流变性能在层流，很少有人知道这些悬浮液的行为在湍流/惯性制度。本研究的目的是填补这一空白，通过调查的湍流的牛顿流体负载固体中性浮力球在相对较高的体积分数在一个平面通道。在体积分数Phi=0-0.2的范围内进行直接数值模拟，其中浸没边界法用于解释分散相。结果表明，固相的存在显著改变了平均速度分布，并使冯卡门常数按对数律减小。发现总阻力随着体积分数而增加，比仅仅考虑由于颗粒的存在而导致的系统粘度的增加所期望的要多。在最高体积分数Phi=0.2时，速度脉动强度和雷诺切应力减小。的平均动量平衡的分析表明，粒子引起的应力管理的动态在高披，是主要负责的整体阻力增加。因此，在密集的限制，我们发现减少的湍流活动和增长的颗粒诱导应力，后者占主导地位的雷诺数在这里考虑。
2015-10-14 physics.flu-dyn
Turbulence collapses at a threshold particle loading in a dilute particle-gas suspension
两种机制被认为是负责湍流修改由于悬浮颗粒在湍流气粒悬浮液。湍流增强是由于颗粒后面的尾流增强了波动，而湍流衰减被认为是由于颗粒阻力增加了耗散。为了研究湍流衰减机制，直接数值模拟（DNS）的颗粒-气体悬浮液进行了约3333雷诺数的基础上的平均气体速度$\bar{u}$，通道宽度$h$，和气体运动粘度。基于颗粒直径$d_p$、气体运动粘度和流速$\bar{u}$的颗粒雷诺数约为42，斯托克斯数在$7-450$范围内。颗粒体积分数在$0-2 \times 10^{-3}$范围内，颗粒质量负载在$0-9$范围内。当体积分数增加时，在临界体积分数处观察到湍流速度波动的不连续减小。从$9 \times 10^{-4}$到$1 \times 10^{-3}$。有一个减少，由一个数量级，在所有方向上的均方脉动速度和雷诺应力。虽然由于颗粒阻力，能量耗散略有增加，但这种增加小于湍流能量产生的减少;此外，当存在湍流崩溃时，总能量耗散率降低。因此，湍流衰减似乎是由于湍流产生机制的中断，而不是由于颗粒引起的耗散增加。在临界颗粒负荷下，湍流强度出现不连续的崩塌现象，而不是随着颗粒负荷的增加而连续下降。
2018-11-16 physics.flu-dyn
Turbulence modulation in channel flow of finite-size spheroidal particles
我们研究了颗粒形状对悬浮液中体积分数为$ϕ= 10\%$的球形颗粒湍流的影响，并显示了近壁颗粒动力学如何随着颗粒纵横比的变化而变化，以及这如何影响全局悬浮行为。当雷诺切应力的显著减小大于固相引起的附加应力的补偿时，湍流随扁颗粒的纵横比减小，导致相对于具有纵横比$\mathcal{AR}\leq1/3$的颗粒的单相流的阻力减小。扁圆形颗粒被发现，以避免接近壁的区域，平行于它以小的角速度，同时优先采样的壁区域中的高速流体。扁长颗粒也倾向于平行于壁取向，并避免其附近。它们绕展向轴旋转的不稳定性降低了流动的壁面法向速度波动，因此降低了湍流雷诺应力，这与扁圆体相似;然而，它们在平行于壁面的平面内进行旋转，这增加了额外的固体应力，因为与扁圆体相比，它们具有相对较大的角速度。这些较大的附加应力补偿了湍流活动的减少，并导致类似于单相流的壁阻力。另一方面，与其他研究形状相比，球体在翼展方向上以大的角速度形成靠近壁的层，这除了在悬浮体上施加最大的固体应力之外还增加了湍流活动。因此，球形颗粒相对于单相流增加了壁阻力。
2018-09-05 physics.flu-dyn
Dense Suspension Splat: Monolayer Spreading and Hole Formation After Impact
我们使用实验和最小的数值模型来研究对光滑的固体表面的致密悬浮液滴的影响所形成的快速膨胀的单层。膨胀产生了由无颗粒区域分隔的颗粒簇的花边状图案。空间不均匀性的扩展和发展都受颗粒惯性的支配，因此对表面润湿、毛细作用和粘性阻力的细节是鲁棒的和不敏感的。
2014-02-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pseudo-turbulence models for compressible flow through random particle suspensions
基于颗粒解析模拟数据，将不可压缩伪湍流雷诺应力模型扩展至亚音速可压缩流动，并提出局部拉格朗日模型及能量方程闭合相关模型，用于欧拉-拉格朗日模拟。
2025-05-08 physics.flu-dyn
Simulating non-Brownian suspensions with non-homogeneous Navier slip boundary conditions
本文提出一种基于正则化边界积分的隐式溶剂方法，用于模拟具有非均匀Navier滑移边界条件的非胶体悬浮液，并通过曳力与有效粘度对比验证了其准确性与高效性。
2025-10-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A lattice model for the Eulerian description of heavy particle suspensions
当考虑大系统中的小尺度耦合时，例如大气或高雷诺数下的工业过程，对流体中的分散固相进行建模仍然是一个计算挑战。本文介绍了一种数值模拟湍流中重惯性扩散颗粒动力学的方法。该方法是基于位置/速度相空间粒子分布。速度离散化的灵感来自格子玻尔兹曼方法，并选择匹配两个时间步长之间的离散位移。对于每个空间位置，粒子动量的时间演化近似的有限体积法。所提出的方法进行了测试的粒子经历Stokes粘性阻力与规定的流体速度场在一维使用随机流，并在两个维度的强制不可压缩的纳维-斯托克斯方程的解决方案。结果表明，拉格朗日和欧拉动力学的空间聚类和粒子速度的分散之间的良好协议。这表明了所提出的方法在大斯托克斯数或碰撞过程的细节是重要的情况下的适用性。
2015-08-12 physics.flu-dyn
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
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
Formation of external particle jets on a spherical particle bed subjected to strong explosive loading
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, School of Mechanics and Engineering Science, Peking University（北京大学力学与工程科学学院湍流与复杂系统国家重点实验室）；HEDPS-CAPT, Peking University（北京大学高能量密度物理首都理论物理中心）；School of Aeronautic Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学航空科学与工程学院）；Shanghai Zhangjiang Institute of Mathematics（上海张江数学研究院）
研究强爆炸加载下球形颗粒床外侧粒子喷流的形成机制，揭示颗粒尺寸对喷流形成的关键影响。
2025-12-22 physics.flu-dyn
A numerical study of two-phase miscible flow through porous media with a Lagrangian model
多孔介质中混相驱替的多相流动机理在石油工程、低雷诺数悬浮流、含尘气体动力学和流化床等领域都有着重要的应用。为了模拟这种流动，体积平均空间运营商被认为是将压力阻力和表面摩擦所经历的多孔介质。在这项工作中，一个基于流线的拉格朗日方法扩展为一个有效的数值方法来处理分散和扩散的溶剂饱和度在混相流。研究了总压阻对溶剂扩散和分散的影响。数值结果表明，从渐近分析得到的结果非常吻合。目前的数值模拟表明，由于表面摩擦和压力阻力的非线性效应不能准确地捕捉达西的方法，如果表面摩擦的贡献占主导地位的压力阻力。此外，质量守恒定律，这是提高采收率的一个重要特征，其结果有助于指导与理论的良好一致性。这项调查研究如何流动制度可能是最佳的提高石油采收率的方法。
2017-05-02 physics.flu-dyn
Turbulent pipe flow with spherical particles: drag as a function of particle size and volume fraction
针对含中性浮力球形颗粒的湍流管道流动，研究结合MRV和DNS技术探究了颗粒尺寸与流量对压力降、整体阻力及颗粒分布的影响，并构建了一条比传统修正粘度方法更准确的阻力变化主曲线。
2024-11-15 physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving in the presence of slip and shear near a wall
通过直接数值模拟研究了单壁流动中球形小颗粒有限滑移运动时所受的升力和阻力。滑移速度对颗粒力的影响作为分离距离的函数进行了分析，对于低滑移和剪切雷诺数（$10^{-3} \leq Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$）在静态和线性剪切流。根据模拟结果，建立了适用于任意颗粒壁面间距和$Re_γ, Re_{\text{slip}} \leq 10^{-1}$的广义升力模型。所提出的模型现在可以预测的升力在线性剪切流中的存在或不存在的滑移，并在静态流时，滑移存在。现有的阻力模型也进行了比较，静态和线性剪切流的数值结果，以确定哪些模型捕捉近壁滑移速度最准确的低颗粒雷诺数。最后，我们比较了建议的升力模型的结果，以前的实验结果的浮力颗粒和中性浮力（无力）的颗粒在静止和线性剪切流中移动到壁附近的数值结果。提出的广义升力模型可用于预测生物和工业流中颗粒悬浮液的行为，其中基于滑移和剪切的颗粒雷诺数为$\mathcal{O}(10^{-1})$及以下。
2020-08-13 physics.flu-dyn
Clogging of non-cohesive suspensions through constrictions using an efficient unresolved CFD-DEM solver
针对液相驱动颗粒通过收缩段的堵塞问题，本文采用 MercuryDPM 离散颗粒求解器和近似液体阻力模型开展数值模拟，并与实验数据对比。
2023-08-15 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
A finite element / neural network framework for modeling suspensions of non-spherical particles. Concepts and medical applications
只有在已知流体-颗粒相互作用的力系数的完整关联集的情况下，才有可能准确预测悬浮在流体中的颗粒的平移和旋转运动。因此，本研究致力于推导和验证一个新的框架，以确定不同的非球形颗粒在流体流中的阻力，升力，旋转和俯仰力矩系数。这项研究的动机来自医学应用，其中颗粒可能具有任意和复杂的形状。在这里，它通常是不可能的，以获得准确的分析模型来预测不同的水动力。然而，考虑到例如血液的各种成分，它们的形状在控制几种身体功能（例如控制血液粘度或凝血）中起重要作用。因此，所提出的模型被设计为适用于广泛的形状。在医学和生物学应用中出现的悬浮液的另一个重要特征是大量的颗粒。我们提出的建模方法可以有效地用于模拟固-液悬浮液与众多的颗粒。基于解决的原型颗粒的数值模拟，我们生成的数据训练的神经网络，使我们能够快速估计的流体动力所经历的一个特定的颗粒浸没在流体中。
2020-09-18 physics.flu-dyn physics.med-ph
Data-driven modeling of the aerodynamic deformation and drag for a freely moving drop in the sub-critical Weber number regime
本文通过二维轴对称界面解析模拟构建数据集，利用球谐函数表征液滴瞬时形状，并训练NARX神经网络预测模态系数与阻力，实现了亚临界韦伯数下自由运动液滴变形和阻力的准确数据驱动建模。
2024-05-01 physics.flu-dyn
Turbulence drag modulation by dispersed droplets in Taylor-Couette flow: the effects of the dispersed phase viscosity
湍流中的分散相可以从几乎无粘流体变化到高粘性流体。通过改变分散液滴相的粘度，实验研究了分散液滴的变形能力对湍流乳状液整体输运量的影响。采用不同种类的硅油以产生范围为$0.53$至$8.02$的粘度比$ζ$。液滴体积分数$ϕ$在0 ~ 10%范围内变化，间距为2%。由归一化摩擦系数$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$量化的全局输运量显示出由于液滴的有限尺寸效应消失而对湍流强度的弱依赖性。有趣的事实是，随着$ζ$的增加，$c_{f,ϕ}/c_{f,ϕ=0}$首先增加，然后饱和到与刚性颗粒悬浮液相似的平台值。通过图像分析，从液滴变形性的角度解释了这种阻力变化，这是液滴破碎和聚结效应的原因。对液滴粒径分布的统计分析表明，随着$ζ$的增加，界面张力对液滴粒径的稳定作用逐渐增强，纯惯性破碎过程占主导地位。沿系统径向的液滴分布的测量显示出体积聚集效应，这可以归因于液滴的不可忽略的聚结效应。结果表明，随着$ζ$含量的增加，液滴聚结效应受到抑制，从而影响界面张力对总应力的贡献，并解释了所观察到的乳液流变性。
2022-10-10 physics.flu-dyn
The flow around a macroscopical body by a colloid solution and the drag crisis
研究了粘性液体流场中胶体的运动。与流动的宏观尺度相比，小的胶体尺寸允许计算它们相对于液体的速度。如果内部胶体密度大于液体密度，则流场具有胶体速度接近液体速度的区域。但在液体速度强烈制动的区域中，胶体相对于液体被加速。这一效应被用来定性地解释宏观物体周围流动和管道中的减阻。
2013-12-26 nlin.AO physics.flu-dyn
Microbubbly drag reduction in Taylor-Couette flow in the wavy vortex regime
通过直接数值模拟的方法研究了微气泡对Taylor-Couette流动的影响。我们采用欧拉-拉格朗日方法与气-液力偶合器的基础上的点力近似。在对单个气泡的运动建模时，考虑了附加质量、阻力、升力和重力。我们发现，非常稀的悬浮液的小的不可变形的气泡（体积空隙率低于1%，零韦伯数和气泡雷诺数<10）诱导一个强大的统计稳定的阻力减少（高达20%）在所谓的波涡流区（Re = 600-2500）。归一化扭矩的雷诺数依赖性（所谓的扭矩减小比（TRR），其对应于阻力减小）与Murai等人（J.Phys.14，143（2005））最近进行的一系列实验测量一致。我们的分析表明，在这个政权的扭矩减少的物理机制是由于局部轴向力，引起的气泡上升，这是能够打破系统中的高耗散泰勒波涡。我们最终表明，在这个过程中，升力作用在气泡上是至关重要的。当忽略它时，气泡优先聚集在内筒附近，并且整体流动的修改效率较低。
2007-07-18 nlin.CD physics.flu-dyn
First observation of the Josephson-Anderson relation in experiments on hydrodynamic drag
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；J.M. Burgers Centre for Fluid Dynamics（J.M. 伯格斯流体力学中心）
本研究首次在实验中观测到约瑟夫森-安德森关系，通过测量平板通过水时的速度场验证了该关系在经典流体中的适用性。
2025-08-27 physics.flu-dyn
Fast and accurate solvers for simulating Janus particle suspensions in Stokes flow
我们提出了一种新的计算框架，模拟刚性球形Janus粒子在斯托克斯流中的悬浮液。我们表明，远程Janus粒子相互作用的广泛的应用可以解决使用快速，光谱精确的边界积分方法定制的多分散悬浮液的球形颗粒。这些都被纳入我们的刚体斯托克斯平台。我们的方法的特点是使用球谐展开的光谱精确的积分算子的评估，互补性为基础的碰撞解决方案，和最佳O（n）缩放粒子数时，通过快速求和技术加速。我们通过三个在生物医学应用中突出的Janus粒子系统的关键例子展示了我们平台的灵活性：两亲性，双极电和泳动粒子。我们制定Janus粒子相互作用的边界积分形式和展示特征的自组装和复杂的集体行为为每种粒子类型。
2021-04-29 cond-mat.soft cs.CE cs.NA
Gas-Particle Dynamics in High-Speed Flows
本综述探讨高速可压缩流动中气体与颗粒的相互作用，涵盖马赫数相关阻力定律及从单颗粒到多颗粒系统的动力学，并总结数值与实验研究进展。
2023-06-16 physics.flu-dyn
Accelerated micropolar fluid--flow past an uniformly rotating circular cylinder
本文研究了静止、粘性、不可压缩、微极流体中匀加速旋转圆柱体的非定常流动。采用Adams-Bashforth时间傅里叶级数方法和Runge-Kutta时间特殊差分方法对该流动问题进行了数值研究。该数值格式将微极流体的控制方程转化为有限差分方程组。用点SOR法对该系统进行了数值求解。这些结果也进一步外推的Richardson外推法。该方案适用于所有流量和流体参数值以及所有时间。此外，在远离圆柱的点处的涡量和自旋的边界条件也被施加和遇到。所得结果与已有的结果（牛顿流体中非旋转圆柱）进行了比较。比较是好的。微极效应的增强会导致升力的增强和阻力的减小。如果圆柱体的旋转增加，也会发生同样的情况。随着旋转参数的增大，尾流中的涡对延迟时间逐渐增大。此外，旋转不仅有助于消除圆柱和逆压区附近的旋涡，而且有助于消除边界层分离。此外，旋转也减少了微极自旋边界层。
2016-04-22 physics.flu-dyn
Trapped-particle microrheology of active suspensions
在微观流变学中，复杂流体的局部流变特性（如粘弹性）可以从嵌入的胶体探针颗粒的自由或受迫运动中推断出来。胶体悬浮液的强制探针显微流变学的理论机器集中在恒定力（CF）或恒定速度（CV）的探针，而在实验中，无论是力还是运动学的探针是固定的。更重要的是，由于热力学不确定性关系，CF或CV的约束在有意义的量化探针的波动方面引入了困难。已知对于被捕获在谐振势阱中的布朗粒子，捕获力和粒子位置的标准偏差的乘积在$d$维中是$d k_BT$，其中$k_BT$是热能。结果，如果不允许力（位置）波动，则位置（力）波动变得无限大。为了允许测量的波动，在这项工作中，我们考虑一个微观流变模型，其中嵌入式探头被拖动沿移动的谐波电位，使其位置和陷阱力都允许波动。从控制$N$硬活性布朗粒子动力学的完整Smoluchowski方程出发，通过忽略稀释极限下粒子间的流体动力学相互作用，导出了描述探针与一浴粒子相互作用时动力学的成对Smoluchowski方程.由此，我们确定均值和方差（即，波动）的探针位置的对概率分布。然后，我们描述了系统的行为在弱和强陷阱的限制。通过采取适当的限制，我们表明我们的广义模型可以简化为已得到充分研究的CF或CV微观流变模型。
2022-07-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Single particles accelerate final stages of capillary break up
悬浮液的液滴形成存在于许多工业和技术过程中，例如涂料和食品工程。虽然有限时间的奇异性的最小颈部直径在毛细管破裂的简单液体可以描述由众所周知的自相似性解决方案，捏的非布朗悬浮液依赖于在一个复杂的方式上的颗粒动力学在变细的线程。在这里，我们专注于非常稀的制度，长丝只包含孤立的珠，以确定物理机制，导致显着加速观察到的长丝变薄。这种加速状态的特征在于具有增强的曲率的细丝的不对称形状，所述增强的曲率取决于毛细管线内的颗粒的尺寸和空间分布。
2015-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hardware-Accelerated Phase-Averaging for Cavitating Bubbly Flows
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文提出了一种用于声驱动稀疏气泡流的硬件加速相平均多尺度求解器，通过两种不同模型验证其性能，展示了在CPU和GPU上的高效计算和良好可扩展性。
2025-11-29 physics.flu-dyn
A finite-size correction model for two-fluid Large-Eddy Simulation of particle-laden boundary layer flow
本文研究了双折射欧拉-欧拉两相流模型预测单分散有限尺寸固体颗粒在边界层流动中悬浮的能力。对于具有床摩擦速度的量级的沉降速度的比流体小的颗粒，双流体模型显著地低估了颗粒的湍流分散。假设有限尺寸效应是重要的，并提出了阻力定律的修正模型。该模型基于这样的假设，即大于颗粒直径的湍流尺度将有助于两相之间的分辨相对速度，而小于颗粒直径的涡流将具有两种效果：（i）它们将通过向阻力系数增加亚颗粒尺度的涡流粘度来减少颗粒响应时间，以及（ii）它们将有助于增加颗粒温度的产生。整合有限尺寸效应，使我们能够定量预测的浓度分布比流体颗粒没有任何调整参数。所提出的双流体模型的修改扩展了其适用范围，以处理具有属于湍流惯性范围的尺寸的颗粒，并允许我们设想在流动强迫条件方面的更复杂的应用，即片流、波驱动运输、浊流和/或流动几何形状，即波纹、沙丘、冲刷。
2021-03-05 physics.flu-dyn
Turbulent channel flow of a dense binary mixture of rigid particles
采用界面分辨直接数值模拟方法研究了有限尺寸中性浮力刚性颗粒二元混合物的槽道湍流流动。我们固定体雷诺数和总固体体积分数，$Re_b = 5600$和$Φ=20\%$，并改变小颗粒和大颗粒的相对分数。二元混合物由两种不同尺寸的颗粒组成，$2h/d_l=20$和$2h/d_s=30$，其中$h$是半通道高度，$d_l$和$d_s$是大颗粒和小颗粒的直径。虽然颗粒流统计数据显示出相对于空载流的平均速度分布和湍流波动的显著变化，但单分散和双分散情况之间的差异很小。然而，我们观察到一个明确的分离的小颗粒在二元混合物的壁，这会影响近壁区域的动态，从而整体阻力。这导致具有大量大颗粒的悬浮液中的阻力更高。至于双分散对颗粒动力学的影响，当增加小/大颗粒的百分比时，观察到在展向（均匀）方向上的颗粒分散的非单调变化。最后，我们注意到，相同大小的粒子往往在接触时聚集得更多，而大粒子的动力学由于更高的接近速度而产生最高的碰撞核。
2017-02-28 physics.flu-dyn
Active microrheology of colloidal suspensions: simulation and microstructural theory
应用加速Stokesian动力学（ASD）模拟和微结构理论研究了主动微流变（MR）中硬球布朗悬浮液的结构和粘度，从接近平衡状态到远离平衡状态考虑了中等密度到稠密密度的悬浮液，该理论明确地考虑了主动MR中的多体流体动力学相互作用（HI），并与ASD进行了比较，考虑了探针在恒力（CF）和等速（CV）两种情况下的移动，利用探针周围胶体粒子的概率分布g（r），其计算为对Smoluchowski方程（SE）（0.2<θ <0.50）和描述探针上的外力与热力的比率的Peclet数（Pe）范围的解。ASD和理论的结果表明，在大Pe时，在移动探针后面形成耗尽浴粒子的尾流区，在CF条件下，尾流长度在Pe>>1时达到饱和，而在CV条件下尾流长度继续增长。这种行为上的差异与CF条件下探针运动中的色散有关，而CV运动没有色散。这种效应作为SE对中的力诱导流体动力学扩散通量纳入理论。我们还证明，尽管CF和CV的结构不同，但探针附近的g（r）由Pe设定，对于CF和CV，导致它们的粘度相似的值。使用该理论，结构各向异性和平衡附近的布朗粘度在CF和CV运动中被证明是定量相似的，这与稀释理论相反，稀释理论预测了CV中的扭曲和两倍大的布朗粘度，相对于CF。这种差异是由于与中等到致密区域的平衡结构相关的多体相互作用而产生的。
2015-09-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Particle-Laden Fluid on Flow Maps
本文提出基于粒子流图的含颗粒流体模拟框架，通过 Poisson 耦合物理颗粒与虚拟流图粒子，并用路径积分纳入粘性和阻力，实现高保真墨水扩散等复杂现象模拟。
2024-09-10 cs.GR physics.flu-dyn
CaLES: A GPU-accelerated solver for large-eddy simulation of wall-bounded flows
CaLES是基于CaNS的GPU加速有限差分求解器，用于不可压缩壁面流动的大涡模拟，通过OpenACC实现高效多GPU扩展，单GPU算力约等于15个CPU节点，并在多个湍流案例中验证了其预测能力与网格收敛特性。
2024-11-15 physics.flu-dyn
DEMocritus: an open source framework for simulating slurry flows using an SDPD-DEM coupled model
本文提供了开源代码，作为三维流体-颗粒相互作用系统的基于颗粒的模拟的粘度计，目标是化学工程中的浆料或悬浮液流。光滑耗散粒子动力学（SDPD）是一种在中尺度上发展起来的热力学流动的流体粒子模型，它与离散元法（DEM）的接触模型相结合。流体-颗粒相互作用的力学是由一个双向的相互作用计划使用的阻力模型建模。我们证明了我们的模拟代码的几个验证测试：模拟的反向Poietille流，单颗粒沉降，和一个溃坝的问题，包含刚性颗粒，在合理的计算时间。我们新的开源代码对计算物理领域的科学家、研究人员和工程师非常有益。
2020-02-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Bubbly and Buoyant Particle-Laden Turbulent Flows
与层流相比，流体湍流通常与更强的阻力、更大的热传递和更有效的混合相关联。在许多自然和工业环境中，湍流液体流包含分散的气泡和轻颗粒的悬浮液。近年来，通过实验和高分辨率的直接数值模拟，人们对这类流动的行为和基本物理过程的理解得到了很大的关注。本文综述了我们目前对气泡和浮力颗粒载湍流的各种唯象方面的理解。我们首先讨论不同的动力学制度，包括交叉轨迹和尾流引起的振荡的上升粒子，和制度中的气泡和粒子优先积累附近的墙壁或内的旋涡结构。然后，我们解决如何某些典型的湍流，如均匀各向同性湍流，通道流，泰勒-库埃特湍流，热驱动湍流，这些分散的气泡和浮力颗粒的存在下修改。最后，我们列出了总结要点和未来的研究问题。
2020-05-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Coarse-graining the dynamics of immersed and driven fiber assemblies
一类重要的流体-结构问题涉及浸没的柔性纤维的有序阵列的动力学。虽然已经开发了专门的数值方法来研究流体纤维系统，但当存在许多而不是少数纤维时，它们变得不可行，这些方法也不适合于分析计算。在这里，我们介绍了一个粗粒度的连续模型，局部细长体理论的基础上，弹性纤维沉浸在粘性牛顿流体。它采用各向异性Brinkman方程的形式，其骨架阻力与弹性力耦合。该模型有两个显著的优点：（1）悬浮液中纤维的密度效应变得明显，（2）它允许在标准方法无法达到的状态下快速模拟纤维的稠密悬浮液。作为第一次验证，没有拟合参数，我们实现了非常合理的协议与3D浸没边界模拟床锚定纤维弯曲的剪切流。其次，我们描述了密度对振荡剪切下纤维床弛豫时间的影响，并发现完全数值模拟的结果接近一致。然后，我们研究屈曲不稳定性的纤维床，使用我们的模型，数值和分析，以了解纤维密度和结构的屈曲过渡的作用。接下来，我们应用我们的模型来研究流动诱导弯曲的倾斜纤维在一个通道中，最近已经研究作为一个流量整流器，检查床内的内部流动的性质，和出现不均匀的渗透性。最后，我们扩展的方法来研究一个简单的模型的异时波床上的驱动纤维，作为模型的睫状床。我们的模拟再现定性的协调波的压缩通过床的泵送作用。
2019-01-31 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Dynamics and statistics of heavy particles in turbulent flows
本文介绍了用直接数值模拟（DNS）方法对含有数百万被动惯性粒子的湍流进行数值模拟的结果。最大泰勒雷诺数约为200。我们认为粒子重得多的载流子流的限制时，斯托克斯阻力占主导地位的动态演变。我们讨论了瞬态和静态制度。在瞬态区域，我们研究了强涡丝中的优先浓度驱动的粒子空间分布的不均匀性的增长。在定常状态下，我们研究了加速度涨落在[0.16：3.3]范围内随Stokes数的变化。我们还比较了我们的结果与纯流体示踪剂（St=0），我们发现一个临界行为的惯性小斯托克斯值。从纯单分散的统计，我们也表征多分散悬浮液与给定的平均斯托克斯。
2006-01-12 cond-mat.stat-mech nlin.CD 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
Adjoint shape optimization of oscillatory rarefied gas flows
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文针对振动微机电系统多尺度气体流动减阻问题，提出快速收敛且渐近保形的伴随形状优化方法，经数值模拟验证其具备优异减阻性能，可高效用于相关系统设计。
2026-08-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
