Hydrodynamics of a granular gas in a heterogeneous environment

Abstract

Analizamos las propiedades de transporte de un conjunto de baja densidad de partículas macroscópicas idénticas sumergidas en un fluido activo. Las partículas se modelan como esferas duras inelásticas (gas granular). El fluido activo no homogéneo se modela mediante un termostato estocástico no uniforme. Los resultados teóricos se validan con una solución numérica de la ecuación cinética correspondiente (método de simulación directa de Monte Carlo). Mostramos un flujo constante en el sistema que está descrito con precisión por la hidrodinámica de Navier-Stokes (NS), incluso para alta inelasticidad. Sorprendentemente, encontramos que las desviaciones de la hidrodinámica de NS para este flujo son más fuertes a medida que disminuye la inelasticidad. La acción del fluido activo se modela aquí con una fuerza de volumen fluctuante no uniforme. Este es un resultado relevante dado que la hidrodinámica de las partículas en entornos complejos, como los entornos biológicos saturados, sigue siendo una cuestión que se está debatiendo intensamente.

We analyze the transport properties of a low density ensemble of identical macroscopic particles immersed in an active fluid. The particles are modeled as inelastic hard spheres (granular gas). The non-homogeneous active fluid is modeled by means of a non-uniform stochastic thermostat. The theoretical results are validated with a numerical solution of the corresponding the kinetic equation (direct simulation Monte Carlo method). We show a steady flow in the system that is accurately described by Navier-Stokes (NS) hydrodynamics, even for high inelasticity. Surprisingly, we find that the deviations from NS hydrodynamics for this flow are stronger as the inelasticity decreases. The active fluid action is modeled here with a non-uniform fluctuating volume force. This is a relevant result given that hydrodynamics of particles in complex environments, such as biological crowded environments, is still a question under intense debate.