doc/src/pair_lubricate.txt

   1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   2
   3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
   4 :link(ld,Manual.html)
   5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
   6
   7 :line
   8
   9 pair_style lubricate command :h3
  10 pair_style lubricate/omp command :h3
  11 pair_style lubricate/poly command :h3
  12 pair_style lubricate/poly/omp command :h3
  13
  14 [Syntax:]
  15
  16 pair_style style mu flaglog flagfld cutinner cutoff flagHI flagVF :pre
  17
  18 style = {lubricate} or {lubricate/poly}
  19 mu = dynamic viscosity (dynamic viscosity units)
  20 flaglog = 0/1 to exclude/include log terms in the lubrication approximation
  21 flagfld = 0/1 to exclude/include Fast Lubrication Dynamics (FLD) effects
  22 cutinner = inner cutoff distance (distance units)
  23 cutoff = outer cutoff for interactions (distance units)
  24 flagHI (optional) = 0/1 to exclude/include 1/r hydrodynamic interactions
  25 flagVF (optional) = 0/1 to exclude/include volume fraction corrections in the long-range isotropic terms :ul
  26
  27 [Examples:] (all assume radius = 1)
  28
  29 pair_style lubricate 1.5 1 1 2.01 2.5
  30 pair_coeff 1 1 2.05 2.8
  31 pair_coeff * * :pre
  32
  33 pair_style lubricate 1.5 1 1 2.01 2.5
  34 pair_coeff * *
  35 variable mu equal ramp(1,2)
  36 fix 1 all adapt 1 pair lubricate mu * * v_mu :pre
  37
  38 [Description:]
  39
  40 Styles {lubricate} and {lubricate/poly} compute hydrodynamic
  41 interactions between mono-disperse finite-size spherical particles in
  42 a pairwise fashion.  The interactions have 2 components.  The first is
  43 Ball-Melrose lubrication terms via the formulas in "(Ball and
  44 Melrose)"_#Ball
  45
  46 :c,image(Eqs/pair_lubricate.jpg)
  47
  48 which represents the dissipation W between two nearby particles due to
  49 their relative velocities in the presence of a background solvent with
  50 viscosity {mu}.  Note that this is dynamic viscosity which has units of
  51 mass/distance/time, not kinematic viscosity.
  52
  53 The Asq (squeeze) term is the strongest and is included if {flagHI} is
  54 set to 1 (default). It scales as 1/gap where gap is the separation
  55 between the surfaces of the 2 particles. The Ash (shear) and Apu
  56 (pump) terms are only included if {flaglog} is set to 1. They are the
  57 next strongest interactions, and the only other singular interaction,
  58 and scale as log(gap). Note that {flaglog} = 1 and {flagHI} = 0 is
  59 invalid, and will result in a warning message, after which {flagHI} will
  60 be set to 1. The Atw (twist) term is currently not included. It is
  61 typically a very small contribution to the lubrication forces.
  62
  63 The {flagHI} and {flagVF} settings are optional.  Neither should be
  64 used, or both must be defined.
  65
  66 {Cutinner} sets the minimum center-to-center separation that will be
  67 used in calculations irrespective of the actual separation.  {Cutoff}
  68 is the maximum center-to-center separation at which an interaction is
  69 computed.  Using a {cutoff} less than 3 radii is recommended if
  70 {flaglog} is set to 1.
  71
  72 The other component is due to the Fast Lubrication Dynamics (FLD)
  73 approximation, described in "(Kumar)"_#Kumar, which can be
  74 represented by the following equation
  75
  76 :c,image(Eqs/fld.jpg)
  77
  78 where U represents the velocities and angular velocities of the
  79 particles, U^{infty} represents the velocity and the angular velocity
  80 of the undisturbed fluid, and E^{infty} represents the rate of strain
  81 tensor of the undisturbed fluid with viscosity {mu}. Again, note that
  82 this is dynamic viscosity which has units of mass/distance/time, not
  83 kinematic viscosity. Volume fraction corrections to R_FU are included
  84 as long as {flagVF} is set to 1 (default).
  85
  86 NOTE: When using the FLD terms, these pair styles are designed to be
  87 used with explicit time integration and a correspondingly small
  88 timestep.  Thus either "fix nve/sphere"_fix_nve_sphere.html or "fix
  89 nve/asphere"_fix_nve_asphere.html should be used for time integration.
  90 To perform implicit FLD, see the "pair_style
  91 lubricateU"_pair_lubricateU.html command.
  92
  93 Style {lubricate} requires monodisperse spherical particles; style
  94 {lubricate/poly} allows for polydisperse spherical particles.
  95
  96 The viscosity {mu} can be varied in a time-dependent manner over the
  97 course of a simluation, in which case in which case the pair_style
  98 setting for {mu} will be overridden.  See the "fix adapt"_fix_adapt.html
  99 command for details.
 100
 101 If the suspension is sheared via the "fix deform"_fix_deform.html
 102 command then the pair style uses the shear rate to adjust the
 103 hydrodynamic interactions accordingly. Volume changes due to fix
 104 deform are accounted for when computing the volume fraction
 105 corrections to R_FU.
 106
 107 When computing the volume fraction corrections to R_FU, the presence
 108 of walls (whether moving or stationary) will affect the volume
 109 fraction available to colloidal particles. This is currently accounted
 110 for with the following types of walls: "wall/lj93"_fix_wall.html,
 111 "wall/lj126"_fix_wall.html, "wall/colloid"_fix_wall.html, and
 112 "wall/harmonic"_fix_wall.html.  For these wall styles, the correct
 113 volume fraction will be used when walls do not coincide with the box
 114 boundary, as well as when walls move and thereby cause a change in the
 115 volume fraction. Other wall styles will still work, but they will
 116 result in the volume fraction being computed based on the box
 117 boundaries.
 118
 119 Since lubrication forces are dissipative, it is usually desirable to
 120 thermostat the system at a constant temperature. If Brownian motion
 121 (at a constant temperature) is desired, it can be set using the
 122 "pair_style brownian"_pair_brownian.html command. These pair styles
 123 and the brownian style should use consistent parameters for {mu},
 124 {flaglog}, {flagfld}, {cutinner}, {cutoff}, {flagHI} and {flagVF}.
 125
 126 :line
 127
 128 The following coefficients must be defined for each pair of atoms
 129 types via the "pair_coeff"_pair_coeff.html command as in the examples
 130 above, or in the data file or restart files read by the
 131 "read_data"_read_data.html or "read_restart"_read_restart.html
 132 commands, or by mixing as described below:
 133
 134 cutinner (distance units)
 135 cutoff (distance units) :ul
 136
 137 The two coefficients are optional.  If neither is specified, the two
 138 cutoffs specified in the pair_style command are used.  Otherwise both
 139 must be specified.
 140
 141 :line
 142
 143 Styles with a {gpu}, {intel}, {kk}, {omp}, or {opt} suffix are
 144 functionally the same as the corresponding style without the suffix.
 145 They have been optimized to run faster, depending on your available
 146 hardware, as discussed in "this section"_Section_accelerate.html of
 147 the manual.  The accelerated styles take the same arguments and should
 148 produce the same results, except for round-off and precision issues.
 149
 150 These accelerated styles are part of the GPU, USER-INTEL, KOKKOS,
 151 USER-OMP and OPT packages, respectively.  They are only enabled if
 152 LAMMPS was built with those packages.  See the "Making
 153 LAMMPS"_Section_start.html#start_3 section for more info.
 154
 155 You can specify the accelerated styles explicitly in your input script
 156 by including their suffix, or you can use the "-suffix command-line
 157 switch"_Section_start.html#start_7 when you invoke LAMMPS, or you can
 158 use the "suffix"_suffix.html command in your input script.
 159
 160 See "this section"_Section_accelerate.html of the manual for more
 161 instructions on how to use the accelerated styles effectively.
 162
 163 :line
 164
 165 [Mixing, shift, table, tail correction, restart, rRESPA info]:
 166
 167 For atom type pairs I,J and I != J, the two cutoff distances for this
 168 pair style can be mixed.  The default mix value is {geometric}.  See
 169 the "pair_modify" command for details.
 170
 171 This pair style does not support the "pair_modify"_pair_modify.html
 172 shift option for the energy of the pair interaction.
 173
 174 The "pair_modify"_pair_modify.html table option is not relevant
 175 for this pair style.
 176
 177 This pair style does not support the "pair_modify"_pair_modify.html
 178 tail option for adding long-range tail corrections to energy and
 179 pressure.
 180
 181 This pair style writes its information to "binary restart
 182 files"_restart.html, so pair_style and pair_coeff commands do not need
 183 to be specified in an input script that reads a restart file.
 184
 185 This pair style can only be used via the {pair} keyword of the
 186 "run_style respa"_run_style.html command.  It does not support the
 187 {inner}, {middle}, {outer} keywords.
 188
 189 :line
 190
 191 [Restrictions:]
 192
 193 These styles are part of the COLLOID package.  They are only enabled
 194 if LAMMPS was built with that package.  See the "Making
 195 LAMMPS"_Section_start.html#start_2_3 section for more info.
 196
 197 Only spherical monodisperse particles are allowed for pair_style
 198 lubricate.
 199
 200 Only spherical particles are allowed for pair_style lubricate/poly.
 201
 202 These pair styles will not restart exactly when using the
 203 "read_restart"_read_restart.html command, though they should provide
 204 statistically similar results.  This is because the forces they
 205 compute depend on atom velocities.  See the
 206 "read_restart"_read_restart.html command for more details.
 207
 208 [Related commands:]
 209
 210 "pair_coeff"_pair_coeff.html, "pair_style
 211 lubricateU"_pair_lubricateU.html
 212
 213 [Default:]
 214
 215 The default settings for the optional args are flagHI = 1 and flagVF =
 216 1.
 217
 218 :line
 219
 220 :link(Ball)
 221 [(Ball)] Ball and Melrose, Physica A, 247, 444-472 (1997).
 222
 223 :link(Kumar)
 224 [(Kumar)] Kumar and Higdon, Phys Rev E, 82, 051401 (2010).  See also
 225 his thesis for more details: A. Kumar, "Microscale Dynamics in
 226 Suspensions of Non-spherical Particles", Thesis, University of
 227 Illinois Urbana-Champaign,
 228 (2010). ("https://www.ideals.illinois.edu/handle/2142/16032"_https://www.ideals.illinois.edu/handle/2142/16032)