胶体悬浮液中的流体动力学相互作用与 Brownian 力：时间与空间尺度上的粗粒化

我们详细描述了如何实现一种粗粒化的分子动力学与随机旋转动力学混合模拟技术，该技术能够捕捉胶体悬浮液中 Brownian 力与流体动力学力的综合效应。本文强调了仔细调整模拟参数以正确分辨该问题中多个时间和空间尺度的重要性。我们系统分析了我们的粗粒化方案如何解析诸如 Reynolds 数、Schmidt 数、Mach 数、Knudsen 数和 Peclet 数等无量纲流体动力学数。许多 Brownian 和流体动力学时间尺度可以被压缩在一起，以最大化计算效率，同时仍能正确分辨物理上相关的物理过程。我们还展示了如何控制多种数值伪影，例如有限尺寸效应和溶剂诱导的吸引性排空相互作用。当所有这些因素被妥善考虑时，测量得到的胶体速度自相关函数及相关的自扩散系数和摩擦系数与理论计算在定量上相符。相比之下，这些计算表明，尽管基本 Langevin 方程看似简单，但它在捕捉胶体区域内速度自相关函数的衰减率方面表现极差，在短时严重低估，在长时严重高估。最后，我们详细讨论了如何将本方法的参数映射到物理系统，并由此提炼出可能对其他粗粒化方案（如 Lattice Boltzmann 或 Dissipative Particle Dynamics）有益的更一般性经验。