活性流体动力学模型的分析结构、动力学与粗粒化
软凝聚态物质
2017-09-18 v1
摘要
我们分析了具有复杂动力学的最简单活性悬浮液之一：由非游动“Extensor”颗粒组成的悬浮液，这些颗粒对其浸没的流体施加活性延展偶极应力。这与若干实验系统相关，例如近期研究的通过消耗化学燃料产生延展流的三组分杆。我们首先通过基于微观建模的 Doi-Onsager 动力学理论描述该系统。该理论捕捉了由颗粒产生并可驱动流体动力学不稳定性的活性应力，以及导致向列排列的杆状颗粒的位阻相互作用。该活性向列系统产生复杂的流动和向错缺陷动力学，与活性向列流体的唯象 Landau-deGennes Q-张量理论以及极性微管/马达蛋白系统的更复杂 Doi-Onsager 理论非常相似。我们应用用于研究被动微观杆悬浮液的准平衡 Bingham 闭合，发展了一种非标准的 Q-张量理论。我们通过模拟证明，这种“BQ-张量”理论以远低的计算成本对悬浮液的复杂动力学给出了出色的解析和统计描述。最后，我们应用 BQ-张量模型研究了圆形和双凹区域中 Extensor 悬浮液的动力学。在圆形区域中，我们重现了弱向列排列系统的先前结果，但对于强排列，发现了具有由活性控制的、在区域边界处缺陷产生和吸收的新颖动力学。在双凹区域中，随着连接两个圆盘的颈部宽度的变化，发生了类似 Fredericks 的转变。
引用
@article{arxiv.1703.00969,
title = {Analytical structure, dynamics, and coarse-graining of a kinetic model of an active fluid},
author = {Tong Gao and Meredith D. Betterton and An-Sheng Jhang and Michael J. Shelley},
journal= {arXiv preprint arXiv:1703.00969},
year = {2017}
}