从数值模拟得到的剪切诱导粒子扩散率

使用 Stokesian dynamics 模拟，我们检验了在简单剪切流中运动的单分散、中性浮力、均匀的非布朗运动固体球体悬浮液的行为，从大量独立的硬球分布开始并进行ensemble平均。我们构构了一种新方法，通过在均匀悬浮液上的模拟来计算梯度扩散率。尽管由于所用粒子数较小，结果仅为近似值，但本文首次获得了该重要参数的值——沿剪切平面及其法向方向的扩散率——这些值既没有实验获得也没有数值模拟得到。我们进一步表明，尽管粒子运动方程组为确定性，但沿垂直于主流方向的两个方向上的粒子位移呈正态分布，均值为零，方差随时间线性增长，从而证明该粒子系统具有扩散性。此外我们指出，尽管粒子演化方程在原则上是可逆的，但该悬浮液实际上具有约为剪切率倒数的有限相关时间 $T_c$。对于浓度最高达 45% 的情况，我们分别通过均方位移的斜率以及积分速度自相关函数计算得到的轨迹扩散率，两者结果良好一致。