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浙江理工大学理学院青年教师张博凯在《PNAS》上发表研究论文

来源:     发布时间:2021-07-11

近日,我校理学院物理系计算物理课题组青年教师张博凯博士在细菌溶液中的流体力学相互作用的研究取得新进展,研究结果以“An effective and efficient model of the near-field hydrodynamic interactions for active suspensions of bacteria”为题发表于国际顶尖刊物《PNAS》(《美国科学院院刊》)。该工作是张博凯老师博士后研究工作的延续,为北京计算科学研究中心与浙江理工大学合作研究完成,张博凯博士为论文第一作者,北京计算科学研究中心丁阳研究员、徐辛亮研究员为该论文的共同通讯作者,浙江理工大学为论文第二单位。

细菌溶液常常在宏观尺度上表现出新奇的涌现行为(自组织、活性湍流、细菌超流体等)。当前,针对这类系统的计算机模拟,一方面传统的力偶模型难以刻画细菌个体间复杂的流体相互作用;另一方面,精确捕获流体作用的细菌模型由于计算能力的限制,难以进行大尺度下数以千计的细菌个体的模拟。因此,本文提出了一个简化的细菌模型。在物理上,该模型通过阻尼矩阵刻画了溶液中复杂的流体力学相互作用;在计算上,本文也证明了该模型对上万个细菌个体模拟的有效性。

该研究为细菌溶液的计算机模拟研究打开了新的大门,有助于深入研究流体相互作用诱导的丰富动力学和非平衡统计性质。该工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接:https://www.pnas.org/content/118/28/e2100145118

图1:(A) 精确细菌模型、 (B) 简化的细菌模型、(C) 细菌模型验证系统:细菌与微米小球

图2:(A) 计算时间-细菌数目、(B) 细菌速度场