用于多分散悬浮液的谱 Ewald 加速 Stokesian Dynamics

在这项工作中，我们开发了谱 Ewald 加速 Stokesian Dynamics (SEASD)，一种用于模拟具有完整流体动力学相互作用的多分散胶体悬浮液动力学的新计算方法。SEASD 基于 Stokesian Dynamics (SD) 框架并扩展到可压缩溶剂，并使用谱 Ewald (SE) 方法 [Lindbo & Tornberg, J. Comput. Phys. 229 (2010) 8994] 进行波空间迁移率计算。为满足动力学模拟的性能要求，我们使用图形处理单元 (GPU) 评估悬浮液迁移率，相比 CPU 实现实现了一个数量级的加速。为了进一步加速，我们开发了一种新颖的远场块对角预处理器以减少迭代求解器中的远场评估，以及 SEASD-nf，即 Banchio & Brady [J. Chem. Phys. 118 (2003) 10323] 平均场布朗近似的多分散扩展。我们详细讨论了 SEASD 中的实现和参数选择策略，并展示了迁移率评估中的谱精度以及整体的 $\mathcal{O}(N\log N)$ 计算标度。我们提出了三个计算示例，在单分散和双分散悬浮液中进一步验证 SEASD 和 SEASD-nf：短时输运性质、平衡渗透压和粘弹性模量，以及稳态剪切布朗流变学。我们的验证结果表明，在广泛参数范围内 SEASD 与 SEASD-nf 之间的一致性令人满意，并且也为多分散胶体悬浮液的动力学提供了重要见解。