热噪声诱导的液滴布朗运动
流体动力学
2025-02-26 v1 统计力学
混沌动力学
摘要
布朗运动（BM）在自然科学中对微观液滴的随机运动具有关键作用。本研究中，我们探究在亚微米尺度下由热组分噪声驱动的 BM，其中分子间扩散与表面张力均不可忽略。为处理微观液滴的 BM，我们发展了两个耦合完整 Navier-Stokes 方程的多相场随机模型，即 Allen-Cahn-Navier-Stokes（ACNS）与 Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）。两模型均依据毛细波理论验证；恢复了热力学平衡下布朗系数的爱因斯坦关系。此外，通过调节扩散、马兰戈尼效应与黏性摩擦的协同作用，观察到两种非平衡现象。（I）液滴运动随马兰戈尼效应增强而从布朗过渡到弹道式，该效应源于有别于常规涨落-耗散定理的能量耗散机制。（II）确定性液滴运动由噪声诱导的非均匀速度场触发，导致一种与热噪声相关的新液滴聚并机制。
引用
@article{arxiv.2311.13320,
title = {Brownian motion of droplets induced by thermal noise},
author = {Haodong Zhang and Fei Wang and Lorenz Ratke and Britta Nestler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.13320},
year = {2025}
}