多作用耦合条件下胶体粒子聚集行为研究

摘要

复杂流体即物理学中的软凝聚态物质，是跨越物理、化学、力学、生物等学科的交叉学科，也是国际上的热门研究方向。复杂流体所涵盖的内容很广，胶体就是一种典型的复杂流体体系。由于其理论和应用上的重要价值，胶体粒子的聚集行为一直是胶体科学的重要研究内容。rn 胶体粒子的运动和相互作用是影响其聚集过程的主要因素。布朗运动、剪切流、重力、流体动力学作用等因素都会影响粒子的运动情况，在理论分析中，一般都通过忽略次要因素来简化其运动、碰撞聚集过程。然而，在实际情况下，多种影响因素往往同时存在，并且这些影响因素一般不能通过简单的叠加来进行分析，这也给分析多种因素对聚集行为的影响带来了困难。重力对聚集速率的影响、流体动力学作用和重力的耦合作用、剪切与布朗运动同时存在时的聚集行为等问题，一直没有非常统一的认识。rn 本文针对这些问题，利用物理力学的思想，通过布朗动力学模拟从粒子的运动、碰撞过程出发研究这些因素对胶体粒子聚集行为的影响规律。结果表明：在聚集过程的初期，重力不影响粒子的聚集，在后期会加快粒子的聚集。而流体动力学作用则从聚集初期开始就减慢聚集过程，是导致粒子聚集速率的地面实验值远低于Smoluchowski理论值的原因之一。我们的计算机模拟还表明，剪切流和布朗运动这两种作用的耦合很复杂，通过与纯剪切流和纯布朗运动的聚集过程的对比，对其耦合作用的机理进行了解释。