受限刚性粒子悬浮液的大规模布朗动力学

我们介绍了用于在涨落流体中悬浮的任意形状多刚性粒子进行大规模布朗动力学 (BD) 模拟的方法。我们的方法以与确定性模拟相当的成本，为刚性多斑块方法添加了布朗运动。我们证明，如果对于给定的边界条件存在能够高效计算 Rotne-Prager-Yamakawa (RPY) 迁移率矩阵及其“平方根”作用的核方法，则可以使用预条件的 Krylov 迭代方法高效地为多粒子生成确定性和随机位移。我们解决了大规模 BD 模拟中的一个主要挑战，即捕捉因构型依赖的迁移率而产生的随机漂移项。与广泛使用的 Fixman 中点格式不同，我们的方法利用随机有限差分，不需要求解阻力问题或计算 RPY 迁移率矩阵逆平方根的作用。我们构建了两种适用于大规模模拟的时间格式：Euler-Maruyama 牵引格式和梯形滑移格式，它们在捕捉所需随机漂移项的同时最小化了每个时间步的迁移率求解次数。我们通过模拟沉降在近底壁附近的回旋镖形粒子悬浮液，对这些格式进行了数值验证和比较。利用梯形格式，我们研究了受限微滚轮稠密悬浮液中的稳态主动运动，其距壁面的高度由热噪声和主动流共同设定。我们发现存在两类主动粒子群体：靠近底部的较慢粒子和位于其上方的较快粒子，并证明即使在粒子几何形状分辨率相对粗糙的情况下，我们的方法也能提供定量精度。