剪切下约束致密流体中粒子层形成动力学

简单剪切流可诱导粒子悬浮于粘弹性流体中的链状排列。尽管该现象已报告数十年，但关于链形成期间对准动力学和粒子轨迹的直接原位测量仍有限。本文发展了一种基于分离间隙宽度相当于粒子直径的平行旋转盘的原位观察平台，使我们能够在径向变化剪切率下同时观察粒子对准。狭窄的间隙强烈约束粒子运动，从而增强了粘性相互作用和粒子之间碰撞事件。使用包含锆石粒子的粘弹性流体作为样本，我们发现当局部 Weissenberg 数超过单位时即发生对准 (Wi$_\mathrm{p} \geq 1$)，其中以基于壁面速度和可用间隙宽度的有效剪切率定义。粒子跟踪进一步揭示了伴随对准过程的来回 shuttling 运动。使用彩色流体中的图像亮度作为垂直位置的代理，我们表明这种shuttling源于粒子的垂直位移。我们进一步构建了一个最小代理模型，其中垂直粒子位置遵循 Ginzburg-Landau 型双阱势，数值模拟证明碰撞驱动的聚集可实现。在强约束几何中，通过碰撞引起的有效吸引实现对准，这类似于活性物质中常观察到的 motility-诱导聚集。