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Fluctuating hydrodynamic methods for fluid-structure interactions in confined channel geometries

Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2018年第1期39卷 125-152页

作者： Y. WANG H. LEI P.J. ATZBERGER Department of Mathematics University of California Santa Barbara Santa Barbara CA 93106 U. S. A. Pacific Northwestern National Laboratories Richland WA 99354 U. S. A.

We develop computational teractions subject to thermal fluctuations geometry. The methods take into account methods for the study of fluid-structure in- when confined within channels with slit-like the hydrodynamic coupling and diffusivity of microstructures when influenced by their proximity to no-slip walls. We develop stochas- tic numerical methods subject to no-slip boundary conditions using a staggered finite volume discretization. We introduce techniques for discretizing stochastic systems in a manner that ensures results consistent with statistical mechanics. We show how an exact fluctuation-dissipation condition can be used for this purpose to discretize the stochastic driving fields and combined with an exact projection method to enforce incompressibil- ity. We demonstrate our computational methods by investigating how the proximity of ellipsoidal colloids to the channel wall affects their active hydrodynamic responses and passive diffusivity. We also study for a large number of interacting particles collective drift-diffusion dynamics and associated correlation h/actions. We expect the introduced stochastic computational methods to be broadly applicable to applications in which con- finement effects play an important role in the dynamics of microstructures subject to hydrodynamic coupling and thermal fluctuations.

关键词： fluctuating Eulerian-Lagrangian method hydrodynamics immersed (SELM) ellipsoidal colloid boundary method stochastic mobility nanochannel

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