Lattice Boltzmann simulations in microfluidics: probing the no-slip boundary condition in hydrophobic, rough, and surface nanobubble laden microchannels
在这篇文章中，我们回顾了最近的努力调查的影响（表观）边界滑移利用格子玻尔兹曼模拟。我们证明了该方法的适用性，以处理在微流体的基本问题，通过调查在疏水性和粗糙的微通道，以及在表面覆盖的纳米或微米尺度的气泡的流体流动。
2009-10-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Microfluidics: The no-slip boundary condition
固液界面的无滑移边界条件是我们理解流体力学的核心。然而，这个条件是一个假设，不能从第一原理推导出来，在理论上可能会被违反。我们提出了一个审查最近的实验，数值和理论研究的主题。出现的物理图像是在液体/固体界面处的复杂行为，涉及许多物理化学参数的相互作用，包括润湿、剪切速率、压力、表面电荷、表面粗糙度、杂质和溶解气体。
2005-09-28 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Experimental evidence of slippage breakdown for a superhydrophobic surface in a microfluidic device
提出了一个完整的表征水流过硅超疏水表面与纵向微槽封闭在微流控装置。对接种有荧光被动示踪剂的流动的荧光显微镜图像进行数字处理，以测量超疏水表面的速度场以及液气界面的位置和形状。同时访问的弯月面和速度分布，使我们能够把一个严格的测试下的无剪切边界条件的液体-空气界面。令人惊讶的是，我们的测量结果表明，在表面空腔中的气穴可以维持非零的界面剪切应力，从而阻碍了表面的减摩能力。弯月面的位置和形状以及液体-空气界面摩擦对表面性能的影响分别进行评估和量化。
2014-06-12 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ultrafast High-pressure AC Electro-osmotic Pumps for Portable Biomedical Microfluidics
本文详细介绍了一种集成的交流电渗（ACEO）微流体泵的稀电解质组成的一个长的蛇形微通道内衬三维（3D）阶梯电极阵列的发展。在水中使用低AC电压（1伏特rms，1 kHz）、功率（5 mW）和电流（3.5 mA），该泵能够产生1.4 kPa的压头，比现有的ACEO泵增加100倍，并且在电极上的有效滑动速度为1.37 mm/sec而没有流动反向。集成ACEO泵可以利用低离子强度溶液如蒸馏水作为工作溶液，以泵送单独的微流体装置中的生理强度（100 mM）生物溶液，具有便携式或可植入生物医学微流体装置中的潜在应用。作为一个概念验证的实验，使用ACEO泵的DNA杂交在微流控微阵列的证明。
2009-08-05 physics.flu-dyn
Flow past superhydrophobic surfaces with cosine variation in local slip length
各向异性超疏水表面具有极大地减少阻力和增强微流体装置中的混合现象的潜力。最近的工作主要集中在超疏水条纹的情况下。在这里，我们分析了一个有关情况的余弦变化的本地滑移长度。我们推导出近似公式的最大（纵向）和最小（横向）方向的有效滑移长度，在良好的协议与精确的数值解和格子Bolzmann模拟的任何表面滑移分数。余弦纹理可以提供非常大的有效（向前）滑动，但是发现与超疏水性条带相比，其在产生横向流动方面效率较低。
2012-12-08 physics.flu-dyn
Universality in statistics of Stokes flow over no-slip wall with random roughness
随机粗糙度是自然表面的普遍特征，是大多数制造技术的固有副产品。鉴于微流体的快速发展，重要的问题是这种不可避免的邪恶如何影响微器件常见的低雷诺数流动。此外，人们可以潜在地将缺陷转化为优点，并通过特别“调谐”的随机粗糙度来控制流动特性。在本文中，我们从理论上研究了无滑移壁面处的波度不规则性所产生的流体速度波动的统计特性。特别强调的是我们的调查结果的普遍性问题。
2018-03-18 physics.flu-dyn
Effect of slip on circulation inside a droplet
运动液滴中的内部再循环在几种基于液滴的微流体装置中起着重要作用，因为它增强了混合、化学反应和传热。在高剪切速率和较低的长度尺度下，壁面处流体滑移的发生变得突出，导致液滴循环的显著变化。使用分子动力学（MD）模拟，循环液滴的存在下，证明和量化。循环示出成反比的滑动长度，这是一个衡量界面润湿性。建立了一个简单的循环模型，该模型捕捉了滑移对液滴循环的影响。循环和滑移长度的标度参数识别从循环模型，导致崩溃的数据与不同的纵横比（AR）和滑移长度的液滴。该模型使用连续介质和MD模拟进行验证，并被证明是准确的液滴与高AR。
2013-11-22 physics.flu-dyn
Computing stationary free-surface shapes in microfluidics
本文提出了一种计算任意体积力驱动的自由表面流动的有限元算法。该算法主要是针对微流体参数范围设计的，其中（i）雷诺数小，以及（ii）力驱动的压力和流场与表面张力竞争静止自由表面的形状。自由表面形状由有限元的边界表示，有限元根据相邻流体施加的应力移动。此外，表面倾向于使其自由能最小化，并通过调整其曲率来平衡表面处的法向应力。数值方法由两个交替步骤的迭代组成：在自由表面处具有滑移边界条件的规定域中的流体问题的解和由先前确定的压力场和速度场驱动的域的连续更新。...
2006-06-26 physics.flu-dyn
Effective slip boundary conditions for arbitrary periodic surfaces: The surface mobility tensor
在各种应用中，最值得注意的是微流体设计，已经寻求基于滑移的边界条件来表征图案化表面上的流体流动。我们专注于层流剪切流与周期性的高度波动和/或波动的Navier标量滑移特性的表面。我们推导出一个通用公式的“有效滑移”，它描述了等效流体运动的平均表面所描绘的线速度分布，产生远离它。我们表明，通过张量迁移率矩阵的滑移和所施加的应力是线性相关的，然后使用域扰动的方法推导出近似公式的迁移率法直接在表面性质。详细的近似的具体精度，然后利用流动性关系来解决几个问题，如确定最佳的表面形状和随机表面波动对流体滑移的影响。
2010-01-02 physics.flu-dyn
Dynamics of an elliptical cylinder in confined Poiseuille flow under Navier slip boundary conditions
本研究采用光滑粒子流体动力学方法，数值探究纳维滑移边界条件下受限泊肃叶流中自由悬浮椭圆柱的动力学，揭示滑移对惯性聚焦和运动模式的调控机制，为微流控颗粒操控提供新依据。
2025-03-27 physics.flu-dyn
Effective slippage on superhydrophobic trapezoidal grooves
我们研究的有效滑移的超疏水性槽与梯形截面的各种几何形状（包括三角形和矩形条纹的极限情况），通过使用两种互补的方法。首先，已经执行了经过这种表面的流的耗散粒子动力学（DPD）模拟以验证表达式[E.S.Asmolov和O.I.Vinogradova，J.Fluid \textbf{706}，108（2012）]，其涉及一维纹理的有效滑移长度张量的本征值。其次，我们提出了有效滑移长度的理论估计，并通过基于配点法求解Stokes方程进行数值计算。两种方法之间的比较表明，它们是非常一致的。我们的研究结果表明，有效的滑移强烈地依赖于面积平均滑移，粗糙度的幅度，并在与液体接触的固体的分数。为了解释这些结果，我们分析了滑动不均匀性附近的流动奇异性，并证明了它们抑制了有效滑动并增强了流动的各向异性。最后，我们提出了一些指导原则，以设计最佳的一维超疏水表面，在微流体的潜在应用的动机。
2013-10-17 physics.flu-dyn
Transverse flow in thin superhydrophobic channels
我们提供了一些一般性的理论结果，以指导超疏水通道中的横向流体动力学现象的优化。我们的重点是一个任意的两个组件（低滑移和高滑移）粗糙纹理的平行板通道的规范的微和纳米流体的几何形状，变化的尺度大于通道的厚度。通过分析严格的界限上的渗透性，在所有可能的模式，我们优化的面积分数，滑移长度，几何形状和方向的表面纹理，以最大限度地提高横向流动。在两个对齐的条纹表面的情况下，很强的横向流动是可能的。优化的超疏水表面可以在被动微流体混合和横向电动现象的放大中找到应用。
2010-07-07 physics.flu-dyn
Boundary streaming with Navier boundary condition
在涉及固体边界上的高频声波的微流体应用中，斯托克斯边界层厚度$δ$非常小，以至于在流体-固体界面处可能发生一些不可忽略的滑移。本文评估的影响，通过重温经典问题的稳态声流在一个平坦的边界与Navier边界条件$u|_{y=0} = L_\mathrm{s} \partial_y u|_{y=0}$，其中$u$是速度切线的边界$y=0$，和参数$L_\mathrm{s}$是滑移长度。边界层外的边界提供了有效的滑移速度。作为无量纲参数$L_\mathrm{s}/δ$的函数，获得了边界层外流动速度的一般表达式。特别是行波和驻波表明，边界滑移分别增加和减少流动速度。
2014-06-24 physics.flu-dyn
Flow of Power-Law Liquids in a Hele-Shaw Cell Driven by Non-Uniform Electroosmotic Slip in the Case of Strong Depletion
我们分析了非牛顿流体在Hele-Shaw细胞中的流动，受到空间非均匀电渗滑动。出于其潜在的用途，增加的特征压力场，我们特别专注于幂律流体与壁耗尽性能。我们推导出一个p-Poisson方程的压力场，以及一组线性方程表示其渐近近似弱非牛顿行为。为了研究非牛顿性质对流体压力和速度的影响，我们考虑了一维和二维的几种配置，并计算了精确和近似解。我们表明，渐近近似是在很好的协议与精确的解决方案，即使是流体具有显着的非牛顿行为，允许其用于分析和设计的微流体系统，涉及电动运输的这种流体。
2016-07-11 physics.flu-dyn
Swirl flow in microchannels: patterned slip walls enhance heat transport
Instituto de Ciencias（科学学院）；Universidad Nacional de General Sarmiento（圣马丁国立大学）；Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas（国家科学研究委员会）；Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IET-2)（埃尔朗根-纽伦堡亥姆霍兹可再生能源研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）
通过图案化滑移壁诱导旋流，提升微通道热传递效率，无需额外能量输入。
2026-03-10 physics.flu-dyn
Induced-charge Electrokinetic Phenomena: Theory and Microfluidic Applications
我们给出了一个一般的，物理描述的“感应电荷电致伸缩”（ICEO），非线性电动滑移在极化表面，在一些新的微流体泵送和混合技术的背景下。ICEO将微电极阵列上的“AC电致发光”推广到弱DC或AC电场中的各种介电和导电结构。基本效应产生微涡旋以增强微流体装置中的混合，而各种打破的对称性-受控电位，不规则形状，不均匀的表面特性和场梯度-可以用来产生流动。虽然我们强调ICEO的定性图片，我们也简要地描述了数学理论（薄双层和弱场），并将其应用到一个金属圆柱体的介电涂层在突然施加的直流电场。
2004-02-08 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Laminar boundary layers over small-scale textured surfaces
University of Greenwich（格林威治大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出了一种模型，用于研究小尺度纹理表面的层流边界层，通过滑移长度修改流动，并展示了该方法在不同表面配置中的应用及稳定性分析。
2026-02-26 physics.flu-dyn
Roughness induced boundary slip in microchannel flows
如果系统的典型长度尺度与微流体设置中的变化尺度相当，则表面粗糙度变得相关。在这里，一个明显的边界滑移往往被检测到，它可以有其起源在假设的完美光滑的边界。我们调查的问题，通过晶格玻尔兹曼（LB）模拟，并引入一个“有效的无滑移面”在峰和谷的表面之间的中间位置。我们的模拟显示出良好的协议与分析结果的正弦边界，但可以扩展到任意的几何形状和实验获得的表面数据。我们发现，检测到的表观滑移是独立的详细的边界形状，但仅由表面高度的分布。此外，我们表明，滑移发散的幅度的粗糙度的增加。
2007-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effect of Patterned Slip on Micro and Nanofluidic Flows
我们认为流动的牛顿流体在纳米或微通道的壁，有图案的变化，滑移长度。我们制定了一套方程来描述的影响不可压缩的牛顿流的小变化的滑移，并解决这些方程的缓慢流动。我们测试这些方程使用分子动力学模拟的两个墙壁之间的润湿性图案的变化流动。良好的定性协议和合理程度的定量协议之间的理论和分子动力学模拟。这两个分析的结果表明，图案化的润湿性可以用来诱导复杂的流动变化。最后，我们讨论了我们的研究结果的影响，微流体混合器的设计使用滑。
2005-07-10 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Lift and drag forces acting on a particle moving with zero slip velocity near a wall
通过数值计算研究了单壁线性剪切流中中性浮力球形小颗粒所受的升力和阻力。剪切速率的影响被隔离从那些滑移通过设置粒子速度等于当地的流体速度（零滑移），并检查所产生的流体动力作为分离距离的函数。与以前的许多数值文献相比，考虑了低剪切雷诺数（$10^{-3} \lesssim Re_γ \lesssim 10^{-1}$）。当处理小通道内的颗粒流时，该剪切速率范围是相关的，例如用于或开发用于生物技术工业的微流体装置中的颗粒迁移。我们证明了很强的依赖性的升力和阻力的剪切速率。建立在以前的理论$Re_γ \ll 1$研究，壁剪切升力相关性提出了适用于当壁位于内部和外部区域的扰动流。同样，我们验证了一个改进的阻力相关性，其中包括更高的阶项的壁分离距离，更准确地捕获的阻力时，颗粒接近，但不接触，壁。新的相关性的应用表明，检查基于剪切的升力是重要的，因为以前检查基于滑移的升力，突出需要考虑剪切时，预测中性浮力颗粒的近壁运动。
2020-02-14 physics.flu-dyn
Effective slip in pressure-driven flow past super-hydrophobic stripes
含有捕获气体（条带）的凹槽的超疏水阵列具有在微流体装置中大大减少阻力和增强混合现象的潜力。最近的工作集中在理想化的情况下，坚持完美的滑动条纹，与有限的指导。在这里，我们分析了实验相关的情况下，压力驱动流过去的条纹滑粘表面与任意的本地滑移在气体部门。我们推导出的最大（纵向）和最小（横向）方向的有效滑移长度，可用于任何表面滑移分数（通过数值计算验证）的解析公式。通过表示滑移长度张量的特征值，它们使我们能够获得相对于平均流的任何方向的条纹的有效滑移。我们的研究结果意味着，流过去的条纹控制的比例的本地滑移长度纹理尺寸。在一个大的情况下（相比的纹理周期）在气体区域的滑移，表面各向异性导致张量有效滑移，通过实现一个完美的局部滑移预测值较早。当局部滑移达到织构周期量级时，有效滑移长度和流动的各向异性都减小。在小滑移的情况下，我们预测简单的表面平均，各向同性流（独立的方向）。这些结果为超疏水表面和器件的合理设计提供了一个框架。
2010-01-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
On the effect of surfactant adsorption and viscosity change on apparent slip in hydrophobic microchannels
大量的实验，理论，以及数值计算的努力已经投入到了解微流体装置中的边界滑移的效果。然而，尽管这种装置在科学、医学和工业应用中变得越来越重要，但仍然缺乏对这种现象的令人满意的理解。这是由于研究该问题所需的极其精确的实验以及此类系统中的大量可调参数。在本文中，我们应用最近推出的算法来实现疏水流体壁相互作用的格子玻尔兹曼方法。我们发现一个可能的解释，一些实验观察到的滑移长度取决于流速，这是矛盾的许多理论结果和模拟。我们的解释是，速度依赖滑移可以检测到，如果流动剖面是不完全发展的通道内，但在一个瞬态。此外，我们示出了所测量的滑移长度随着粘度的增加而减小，并展示了在疏水微通道中向流体流动中添加表面活性剂的效果。表面活性剂的加入可以屏蔽疏水壁的排斥势，从而随着表面活性剂浓度的增加而降低滑移量。
2007-04-16 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Solute-mediated colloidal vortex in a microfluidic T-junction
本文通过微流控实验、数值模拟和理论建模，揭示T型结中扩散渗透流与扩散泳的耦合可在无惯性条件下形成胶体涡旋，并导致与常规预期相反的胶体分离与聚焦，同时给出涡旋出现的判据。
2024-09-03 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Hydrodynamics of the Developing Region in Hydrophobic Microchannels: A Dissipative Particle Dynamics Study
耗散粒子动力学（DPD）是一种基于粒子的研究微通道流动的方法，因为它可以很容易地模拟生物细胞或DNA链的存在。许多芯片实验室（Lab-On-Chip，缩写为LAB）设备需要能够操纵流体流中细胞或DNA链的运输。已发现涂覆有亲水性和疏水性材料的组合的微通道表面可用于此目的。在这项工作中，我们数值研究了两个无限大平行板之间的亲水和疏水表面的定常非均匀发展流动的流体动力学DPD为第一次。在模拟中，分别使用部分滑移和无滑移边界条件对疏水和亲水表面进行建模。我们还提出了一种新的方法来模拟流入和流出边界的DPD模拟。发展流动的模拟结果与无滑移面和部分滑移面的连续介质理论的解析解吻合良好。入口区域构成了微型器件中沟道长度的相当大的一部分。因此，期望显影区域的长度短，因为大多数微流体装置如细胞或DNA分离器和混合器被设计用于显影的流场。研究了微通道入口处亲水带对有效显影长度的影响。我们发现，疏水带的存在下显着减少了发展的长度。
2012-12-10 physics.flu-dyn
Anisotropic flow in striped superhydrophobic channels
我们报告的耗散粒子动力学模拟的结果，并制定了一个半解析理论的各向异性流在平行板通道与两个超疏水条纹壁。我们的方法是有效的任何本地滑移的气体部门和任意的距离之间的板，从厚到薄的通道。它使我们能够优化面积分数、滑移长度、通道厚度和纹理方向，以最大限度地提高横向流动。我们的研究结果可能是有用的提取有效的滑移张量从全球的测量，如通道的渗透性，在实验或模拟，也可以找到应用程序在被动微流体混合。
2012-05-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Pressure-Free Surface-Induced Flow by Geometric Rectification
Independent Researcher, Seattle, WA, USA
该研究通过几何校正实现无压表面诱导流，利用洛伦兹互易性揭示了轴向流量的生成机制，展示了粘性无关性和长度放大等特性。
2026-01-10 physics.flu-dyn
Electro-osmosis on anisotropic super-hydrophobic surfaces
我们给出了一个一般的理论描述的电渗流在条纹超疏水表面在薄双层限制，并推导出之间的电渗透流动和流体动力学滑移长度张量的关系。我们的分析表明，电渗流表现出非常丰富的行为控制滑移长度和电荷在气体部门。在不带电的液-气界面的情况下，相对于具有零界面滑移的均匀通道中的流动，流动是相同的或被抑制的。相比之下，它可以放大几个数量级的滑移区均匀充电。当气体和固体区域带相反的电荷时，我们预测流动反转，这表明即使对于电中性表面也可能存在巨大的电渗滑移。在这些观察的基础上，我们提出了实用的微流体混合装置的策略。这些结果为超疏水表面的合理设计提供了一个框架。
2011-07-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Elastic deformations driven by non-uniform lubrication flows
产生微米尺寸结构的动态变形的能力与各种各样的应用有关，例如自适应光学、软机器人和可重构微流体装置。在这项工作中，我们研究非均匀润滑流作为一种机制，以创建复杂的变形场的弹性板。我们考虑了平板的Kirchoff-Love弹性模型和平板与平行刚性表面之间窄间隙中的Hele-Shaw流动。基于雷诺方程的线性化，我们得到一个控制方程，该方程将弹性形变与流体的非均匀物理性质（例如体积力、粘度和滑移速度）的梯度联系起来。然后，我们专注于非均匀Helmholtz-Smoluchowski电渗滑移速度的特定情况下，并提供了一种方法来确定产生任意静态和准静态变形的弹性板所需的zeta电位分布。将问题扩展到时间相关的解决方案，我们分析了渐近静态解决方案的瞬态效应，并最终提供了一个封闭形式的时间周期驱动的格林函数的解决方案。
2018-12-06 physics.flu-dyn
A hydrodynamic bifurcation in electroosmotically-driven periodic flows
在本文中，我们报告了一种新的惯性不稳定性，发生在电驱动槽道流。我们假设，在外部施加的电场的影响下的电荷运动被限制在一个小的附近的通道壁，有效地，驱动体流通过规定的滑移速度在边界处。在这里，我们研究了二维直通道中的空间周期性壁速度调制数值。在低滑移速度下，整体流由沿每个壁的左右对称的一组涡流组成，而在足够高的滑移速度下，该流通过超临界分叉而失去稳定性。令人惊讶的是，从左右对称的基流分叉的新的流动状态具有沿通道的相当强的平均分量，这类似于压力驱动的速度分布。不稳定性设置在相当小的雷诺数约20-30，我们讨论了其在微流体装置中的潜在应用。
2017-08-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Rolling ferrofluid drop on the surface of a liquid
我们报告的磁性液体，这是游泳的非磁性液体层的顶部上的液滴的受控运输。在垂直平面内旋转的磁场在液滴上产生扭矩。由于下方不混溶液体内的表面应力，液滴被向前推进。我们测量了不同场振幅、场频率和液滴体积的液滴速度。简化的理论模型将液滴描述为具有Navier滑移边界条件的固体球体或液体半球。得到了与实验测量结果相符合的、不含任何拟合参数的液滴速度解析表达式。可能的微流体应用的滚动滴进行了讨论。
2008-04-30 physics.flu-dyn
Numerical analysis of dynamic electro-osmotic flows of non-Newtonian fluids in rectangular microchannels
在连续介质流体力学框架下，对矩形微通道内典型非牛顿流体在直流和交流电场作用下的瞬态电渗进行了数值分析。采用幂律本构模型来表示流体的动力粘度。采用有限元方法模拟了矩形微通道内幂律电渗液体流动的瞬态启动特性。在直流电场作用下，随着幂律流体流动特性指数的降低，流体对外部电场的惰性增强，稳态速度分布也变得更接近于塞状。数值计算也证实了广义Smoluchowski滑移速度的有效性，它可以作为对应的经典Smoluchowski滑移速度时，处理非牛顿幂律流体的电动流动。在交流电场作用下，随着流体行为指数的增大，振荡过程中流体的加速作用更加明显，振荡速度的幅值更接近广义Smoluchowski速度的幅值。这些动力学预测对于设计操纵非牛顿流体如生物流体、聚合物溶液和胶体悬浮液的微流体装置具有实际意义。
2015-07-22 physics.flu-dyn
Induced-Charge Electro-Osmosis
我们描述了一般现象的“感应电荷电渗”（ICEO）-非线性电渗透滑移时发生的作用，它{ \sl诱导}周围的极化表面的离子电荷施加的领域。受一个简单的物理图像的启发，我们计算了在稳态（DC），振荡（AC），和突然施加的电场导电圆柱周围的ICEO流。这幅图，以及这些系统，也许是非线性电动现象最清楚的例子。我们补充和验证这种物理动机的方法使用匹配的渐近展开薄双层和低电位限制的电动方程。ICEO滑移速度的变化类似于$u_s \propto E_0^2 L$，其中$E_0$是场强，$L$是几何长度尺度，并建立在时间尺度$τ_c = λ_D L/D$上，其中$λ_D$是屏蔽长度，$D$是离子扩散常数。我们提出并分析了ICEO微流体泵和混合器，在低施加电位下无需移动部件即可操作。在俄罗斯文献中描述了具有固定总电荷的金属胶体周围的类似流动（在西方基本上未被注意到）。另一方面，ICEO在具有固定电位的导体周围流动，没有胶体类似物，并为微流体应用提供了进一步的可能性。
2004-02-09 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Implementation of on-site velocity boundary conditions for D3Q19 lattice Boltzmann
现场边界条件通常需要在复杂的几何形状，如多孔介质或微流体装置的流体流动的格子玻尔兹曼模拟。指定边界的精确位置的可能性，独立于其他模拟参数，简化了系统的分析。对于实际应用，它应该允许自由指定通量的方向，并且应该直接在三维中实现。此外，特别是对于并行求解器，如果边界条件可以局部应用，仅涉及当前晶格站点上可用的信息，则具有很大的优势。我们满足这一需要，详细描述了如何转移的方法建议邹和他的D3Q19格。边界条件作用于局部，与碰撞过程中的松弛过程的细节无关，并且不包含人工滑移。特别是，现场无滑移边界条件的情况下，自然包括在内。我们在几个设置中测试边界条件，并确认它能够准确地模拟速度场到二阶，不包含任何数值滑移。
2019-10-16 cond-mat.other physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simulation of fluid flow in hydrophobic rough microchannels
表面效应在微流体设置中变得重要，因为表面与体积的比率变大。在这样的设置中，与系统的长度尺度相比，表面粗糙度不再小，并且壁的润湿特性对流动具有重要影响。然而，关于表面粗糙度和疏水流体-表面相互作用的相互作用的知识仍然非常有限，因为这些性质在实验中不能容易地解耦。我们调查的问题，通过晶格玻尔兹曼（LB）模拟粗糙的微通道与可调的流体壁相互作用。我们引入了一个“有效的无滑移平面”在峰和谷的表面之间的中间位置，并观察如何的壁的位置可能会改变由于表面粗糙度和疏水相互作用。我们发现，在高斯分布粗糙度的情况下，有效壁的位置线性地依赖于分布的宽度。此外，我们能够表明，粗糙度创建一个非线性效应的滑移长度的疏水边界。
2008-02-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Phoretic flow in a three-dimensional wedge geometry
The Open University（开放大学）；University of Porto（波尔图大学）；University of Warsaw（华沙大学）
该研究针对三维楔状受限几何，建立了扩散主导 regime 下化学驱动电泳流的格林函数理论框架，推导了浓度场与速度场的显式谱解，为相关数值模拟提供了分析基准。
2026-10-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Axisymmetric monopole and dipole flow singularities in proximity of a stationary no-slip plate immersed in a Brinkman fluid
该研究理论求解了Brinkman流体中圆形静止无滑移平板附近轴对称单极子、偶极子奇点诱导的低雷诺数流动，分析了参数对流动的影响及平板对粒子、主动游泳者的作用，可为微流控与多孔介质流动研究提供参考。
2023-06-23 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Red blood cell shape transitions and dynamics in time-dependent capillary flows
单个红细胞（RBC）的动力学通过使其形状适应狭窄血管中的流动条件来确定微血管血流。在这项研究中，我们探索的动力学和形状转变的红细胞在细胞尺度上的限制和不稳定的流动条件下使用相结合的微流控实验和数值模拟。跟踪红细胞在随时间变化的流动中的共动帧揭示了从对称羊角形到偏心的非对称拖鞋形状的平均过渡时间明显快于相反的形状过渡，其表现出明显的细胞旋转。补充模拟表明，这些动力学依赖于在随时间变化的流动过程中的通道中的RBC膜的取向。此外，我们展示了如何与狭窄的通道相结合的拖鞋形红细胞的坦克踩踏运动导致振荡的细胞的质心。这些振荡的频率取决于细胞速度、周围流体的粘度和胞质溶胶的粘度。这些结果为识别和研究红细胞性质的病理变化提供了潜在的框架。
2021-12-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
A continuum model for the flow of thin liquid films over intermittently chemically patterned surfaces
从实验和分子动力学模拟中已知，固体表面的化学图案化对邻近液体的流动有影响。这一事实与经典流体力学的预测形成鲜明对比，在经典流体力学中，无滑移边界条件对固体基质的化学性质不敏感。它已被证明，在固体基质的润湿性的急剧变化所造成的流动的影响，可以描述在连续介质力学的框架中使用的界面形成理论。目前的工作扩展了这项研究的情况下，间歇性图案。结果表明，在基板的润湿性的变化可以显着影响的流动，特别是薄膜，这可能有微流控器件的设计应用。
2009-04-08 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Separation of chiral particles in micro- or nanofluidic channels
我们提出了一种在微流控或纳流控通道中分离对映体的方法。它需要打破手征对称性并具有高局部剪切区域的流动剖面。这种轮廓可以在由具有不同流体动力学边界条件（例如滑移长度）的壁限定的通道中产生。由于非线性流体动力学效应，具有不同手性的颗粒以不同的速度迁移并且可以分离。通过计算机模拟证明了该机制。我们调查的热波动（即Péclet数）的影响，并表明，在线性响应制度的效果消失。微观流动的细节是重要的，并确定哪些体积力是实现分离所必需的。
2012-04-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Effect of Ionic Advection on Electroosmosis over Charge Modulated Surfaces: Beyond the Weak Field Limit
本文研究了当经典的弱场限制放宽时，离子平流对电荷调制表面电渗流的影响。超越通常描绘的弱场限制（即，外部施加的电场是过度加权的表面感应电势，在带电的壁粘附层中的电荷分布）的电渗传输，我们数值求解耦合的全套Poisson-Nernst-Planck（PNP）和纳维-斯托克斯方程，在一个半无限域中，在底部由带电的壁。此外，为了获得更深入的物理见解，我们在两个单独的渐近极限下求解了低表面势的相关控制方程的简化形式：（i）低离子Peclet数（Pe）的正则微扰解，其中Pe用作规范函数;（ii）薄双电层（EDL）极限下O（1）Pe的匹配渐近解。我们证明，合理的良好的协议之间观察到的分析和数值解。我们的分析表明，Pe对流动的主要影响是减缓“自由流速度”，增加了流动的周期性，同时它也引起了整体潜力的显着变化。我们进一步表明，双电层厚度强烈地决定了“自由流速度”，和一个简单的Smoluchowski型的滑移边界条件不能使用，如果考虑到平流的影响。这些结果在设计具有表面电荷调制的微流体和纳米流体系统中具有重要意义。
2015-09-28 physics.flu-dyn
A dissipative particle dynamics method for arbitrarily complex geometries
提出了一种适用于任意形状三维几何区域的耗散粒子动力学（DPD）的局部检测方法。通过为每个流体粒子引入边界体积分数（BVF）的指示变量，仅使用局部粒子配置，对于移动的流体粒子，任意形状的物体的边界被检测到。因此，这种方法消除了对DPD模拟中对象的边界和几何形状的分析描述的需要，并且使得可以直接从实验图像或计算机辅助设计/绘图加载系统的几何形状。从BVF的值推断出壁穿透，并通过预测-校正算法来防止。无滑移边界条件是通过采用有效的耗散系数的液-固相互作用。对圆柱区域内的平面Poietille流、平面Couette流和Wannier流进行了定量计算，并与相应的解析解和纳维-斯托克斯方程的（高阶）谱元解进行了比较.我们验证了所提出的方法产生正确的无滑移边界条件的速度和产生的壁面附近的密度和温度的波动可以忽略不计。此外，我们构建了一个非常复杂的3D几何形状-"布朗帕克曼"微流体设备-明确演示如何构建一个DPD系统，直接从加载图形图像的复杂几何形状。除了静止的任意形状的物体，新方法是特别有用的问题，涉及移动和变形的边界，因为它只使用相邻粒子的局部信息，并满足所需的边界条件的飞行。
2016-12-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
