非布朗球在屈服悬浊液中的确定性与随机行为

使用斯托克森动力学方法，在迈斯纳数趋于零的极限下研究了中性浮力的、非布朗球的均匀屈服悬浊液动力学。我们表明，屈服悬浊液的复杂动力学可表述为相空间中的混沌运动，并确定最大 Lyapunov 指数随体积分数 $\phi$ 的依赖关系。微观层面的单个粒子记忆损失也以两个横向速度分量的自相关函数得以展示。此外，观察到在低浓度下横向粒子速度之间存在负相关，这一现象我们基于两个独立球体进行简单剪切动力学的解释。我们还计算了速度涨落的概率分布函数，观察到随着 $\phi$ 的增大，从指数分布向高斯分布的转变。仿真包括粒子间非水动力学排斥相互作用，这在粒子接近接触时尤其重要，用来定性地模拟表面粗糙度及其他不可逆效应，如残余布朗位移。我们研究了这种非水动力学相互作用对非常稀薄悬浊液中粒子轨迹扩散系数 $D$ 的标度影响，指出当该相互作用非常短程时，$D$ 随 $\phi^2$ 趋于零；相反，当非水动力学相互作用范围增加时，观察到 $D$ 随 $\phi$ 的依赖发生从 $\phi^2$ 到 $\phi$ 的跨越。