Magnetorheological fluids consist of micrometer-sized magnetic particles in a carrier liquid. Sufficiently strong external magnetic fields lead to the formation of string-like particle aggregates. We demonstrate that hydrodynamic interactions, that is, mutual couplings via induced flows, play a substantial role during the structuring process. They support the formation of slender chains instead of more compact clusters in the absence of mutual hydrodynamic interactions between the particles. This fundamental insight is substantial from an application perspective, due to the enormous technical importance and potential of structured magnetorheological materials.
Hydrodynamic interactions of spherical particles in Poiseuille flow between two parallel walls
本文研究了无限平壁通道中入射Poillille流中球形颗粒的流体动力学相互作用。颗粒悬浮在牛顿流体中，并假设蠕动流动条件。使用我们的高精度笛卡尔表示算法[Physica A xxx，{ \bf xx}，2005]获得的数值结果，提出了一个单一的领域，两个领域，和许多领域的阵列。我们考虑自由悬浮颗粒的运动以及作用在吸附在壁面上的颗粒上的力和力矩。我们发现，对流体动力学相互作用在这个壁有界的系统有一个复杂的依赖于横向粒子间的距离，由于在颗粒表面之间的间隙和回流与存在的墙壁的耗散的综合效应。对于不动的粒子对，我们已经研究了几个远场渐近制度之间的交叉对应于不同的关系之间的颗粒分离和距离的颗粒从墙壁。我们还表明，远场流的累积效应，大大影响力的分布在阵列中的不动的球体。因此，远场的贡献必须包括在任何可靠的算法来评估多粒子的流体动力学相互作用的平行壁几何形状。
Far-field approximation for hydrodynamic interactions in parallel-wall geometry
本文对两平行壁面间流体中多极力分布所产生的远场蠕动流进行了全面的分析。我们表明，在距离大于几个壁分离的流场假设Hele-Shaw形式，即，它平行于壁并且在横向上二次变化。相关的压力场是一个二维的谐波函数，其特征在于相同的多极数m作为原来的力多极。利用这些结果，我们推导出渐近的格林矩阵表示斯托克斯流在壁有界流体的多极球基方面的表达式。该格林矩阵在我们最近提出的算法[Physica A xx，{ \bf xxx}（2005）]中起着核心作用，该算法用于评估平行壁几何结构中球形颗粒悬浮液中的多体流体动力学相互作用。在该算法中实现我们的渐近表达式大大提高了其效率，因为只需要对相邻粒子进行精确矩阵元素的数值昂贵的评估。我们的渐近分析也将是有用的壁有界周期系统的流体动力学算法的开发和实施加速方法，通过使用相应的结果为二维标量势。
Derivation of a hydrodynamic theory for mesoscale dynamics in microswimmer suspensions
在本文中，我们系统地推导出一个四阶连续理论，能够再现中尺度湍流的三维悬浮液的微型游泳者。我们从过阻尼Langevin方程的通用微观模型（推或拉），其中包括流体动力学的相互作用，小的长度尺度（相邻的游泳者的极性对齐）和大的长度尺度，溶剂流相互作用的序参量字段。流场是由Stokes方程确定的，并由应力张量的近似值补充。除了流体动力学相互作用，我们还允许从排除体积效应产生的双对相互作用。这里的结果大大扩展和推广了早期的发现[Phys. Rev. E 94，020601（R）（2016）]，其中我们推导了二维流体动力学理论。从相应的平均场Fokker-Planck方程结合自洽封闭方案，我们推导出非线性场方程的极和极序参量，涉及梯度项的四阶。我们发现，有效的微游泳动力学依赖于溶剂流动和取向顺序之间的耦合。对于非常弱的耦合对应于一个高粘度的悬浮液，中尺度湍流的动力学可以描述一个简化的模型，只包含一个有效的microswimmer速度。
