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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:1508.00049 (cond-mat)
[提交于 2015年7月31日 ]

标题: 流体-胶体相互作用对非理想流体中热泳微游动器迁移率的影响

标题: Effect of fluid-colloid interactions on the mobility of a thermophoretic microswimmer in non-ideal fluids

Authors:Dmitry A. Fedosov, Ankush Sengupta, Gerhard Gompper
摘要: 由光驱动的Janus胶体,例如热泳粒子,作为人工微游泳器展现出有前途的前景。 然而,它们的游泳行为及其对流体特性和胶体-流体相互作用的依赖性仍知之甚少。 在此,我们使用数值模拟研究了热泳Janus胶体在其自身温度梯度中的行为。 采用具有能量守恒的耗散粒子动力学方法,研究了不同胶体-流体相互作用、边界条件和温度控制策略下非理想和理想气体状流体中的行为。 胶体-流体相互作用似乎对胶体行为有显著影响,因为它们直接影响胶体表面与流体之间的热量交换。 模拟结果表明,胶体-流体界面处的热量交换减少会导致胶体热泳迁移率的增强。 发现胶体在非理想和理想流体中的行为不同,这表明流体的可压缩性起着重要作用。 发现胶体表面周围的流场主要由源偶极子主导,这与最近的理论和模拟预测一致。 最后,不同的温度控制策略似乎对胶体的游泳速度没有显著影响。
摘要: Janus colloids propelled by light, e.g., thermophoretic particles, offer promising prospects as artificial microswimmers. However, their swimming behavior and its dependence on fluid properties and fluid-colloid interactions remain poorly understood. Here, we investigate the behavior of a thermophoretic Janus colloid in its own temperature gradient using numerical simulations. The dissipative particle dynamics method with energy conservation is used to investigate the behavior in non-ideal and ideal-gas like fluids for different fluid-colloid interactions, boundary conditions, and temperature-controlling strategies. The fluid-colloid interactions appear to have a strong effect on the colloid behavior, since they directly affect heat exchange between the colloid surface and the fluid. The simulation results show that a reduction of the heat exchange at the fluid-colloid interface leads to an enhancement of colloid's thermophoretic mobility. The colloid behavior is found to be different in non-ideal and ideal fluids, suggesting that fluid compressibility plays a significant role. The flow field around the colloid surface is found to be dominated by a source-dipole, in agreement with the recent theoretical and simulation predictions. Finally, different temperature-control strategies do not appear to have a strong effect on the colloid's swimming velocity.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:1508.00049 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:1508.00049v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1508.00049
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Soft Matter 11, 6703-6715 (2015)
相关 DOI: https://doi.org/10.1039/c5sm01364j
链接到相关资源的 DOI

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来自: Gerhard Gompper [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2015 年 7 月 31 日 22:13:17 UTC (990 KB)
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