剪切布朗悬浮液中各向异性二聚胶体粒子的取向与微观结构

本文研究了硬二聚胶体粒子剪切布朗悬浮液中的取向和微观结构，其中二聚体被建模为两个半径可变、中心间距可变的融合球体。考虑了两种不同的粒子形状：同核（纵横比 1.1）和融合哑铃状（纵横比 1.5）。粒子间的流体动力学相互作用使用一种称为快速润滑动力学 (Fast Lubrication Dynamics) 的修正润滑模型进行计算。研究涵盖了 $0.3 \leq \phi \leq 0.5$ 的广泛体积分数范围和 $0 \leq Pe \leq 1000$ 的 P\`{e}clet 数范围。研究发现，微观结构在所有体积分数下均呈无序状态，尽管在中等至高剪切率（$Pe$ 在 10-100 范围内）下，$\phi=0.5$ 的同核悬浮液中明显存在弱类弦有序的特征。观察到复杂的取向行为，其取决于形状、剪切率和体积分数。在极低剪切率下，所有情况下均观察到随机取向分布。在最高剪切率下，同核粒子悬浮液中的取向分布在所有体积分数下均表现出向涡度轴对齐的偏移，而在融合哑铃状粒子悬浮液中，低体积分数下表现出远离涡度轴的偏移，高体积分数下偏移可忽略不计。通过检查速度 - 梯度平面中的取向分布进一步表征了取向行为——在这种情况下，通常观察到随着体积分数的增加，粒子与速度轴的对齐度增加，但随着剪切率的增加并非普遍如此。文中描述了作为剪切率、体积分数和粒子形状函数的复杂取向行为的机制起源。