自驱动粒子的集体动力学

我们提出了一种在粘性牛顿流体中对自驱动粒子集合进行动力学模拟的方法。我们将注意力限制在尺寸和速度足够小以至于流体运动处于蠕动流区域的粒子上。我们提出了一个自驱动粒子的简单模型，并将斯托克斯动力学方法扩展以对此类粒子集合进行动力学模拟。在我们的描述中，每个粒子被视为一个带有取向向量 $\te{p}$ 的球体，其运动由位于中心稍偏位置的一个力偶极子的作用驱动。在孤立状态下，自驱动粒子沿 $\te{p}$ 方向以恒定速度运动。当它与许多此类粒子共存时，它与其他粒子的流体动力学相互作用会改变其速度，更重要的是改变其取向。因此，粒子的运动是混沌的。我们的模拟不限于低粒子浓度，因为我们实现了粒子间完整的流体动力学相互作用，但为了减少计算量，我们将粒子的运动限制在二维。我们报告了自驱动粒子悬浮液的统计性质，如粒子速度分布、对关联函数和取向关联函数，涵盖了不同的粒子浓度范围。