具有排斥性 DLVO 相互作用的沉降稀颗粒悬浮液的水动力学模拟

我们给出估计沉降稀颗粒悬浮液中静电排斥效应的指导原则。我们的结果基于结合 Langevin 动力学与格子 Boltzmann 模拟，涵盖一系列颗粒半径、德拜长度与颗粒浓度。它们显示了浓度依赖的沉降速度斜率 $K$ 与按平均颗粒间距离归一化的静电排斥范围 $\chi$ 之间的简单关系。当 $\chi \to 0$ 时，颗粒彼此相距过远而无法发生静电相互作用，且 $K=6.55$，正如 Batchelor 理论所预测。随着 $\chi$ 增大，$K$ 同样增大，仿佛颗粒半径随 $\chi$ 成比例增大，直至在 $\chi=0.4$ 附近达到最大值。在 $\chi=0.4-1$ 范围内，$K$ 以指数方式松弛到与已知有序颗粒分布结果一致的浓度依赖常数。同时径向分布函数从无序类气态过渡到类液态。对浓度依赖沉降速度的幂律拟合同样给出指数随 $\chi$ 变化的简单主曲线，其在以 $\chi = 0.6$ 为中心的 1 到 1/3 处呈阶跃状转变。