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(許現民,邸亞娜,于海軍)復雜兩相流問題的理論分析與計算
2019-04-29 | 編輯:

  兩相流的移動接觸線是流體力學中懸而未決的問題之一,經典的無滑移邊條件會產生無窮大的能量耗散,此即所謂接觸線悖論(moving contact line paradox)。移動接觸線問題本質上為多尺度問題,為避免接觸線悖論,必須考慮接觸線附近流體相對固體邊界的微觀滑移。為了在連續介質力學范疇內考慮微觀滑移效應,許多邊界條件模型被提出,其中基于相場模型的廣義Navier滑移邊條件因為能準確刻畫分子動力學模擬結果而被廣泛應用。對相場模型可以方便地進行數值計算和分析,但是經典兩相流模型卻基于明銳界面(sharp-interface),因此研究相場模型的shape-interface極限具有重要意義。最近,我們對該問題進行了認真研究。通過漸進分析和數值模擬,我們發現對系統中的參數的不同選擇,廣義滑移邊條件可以收斂于不同的明銳界面模型。這些結果不僅可用來理解相場模型和明銳界面模型之間的關系,而且對數值計算中的參數選擇具有指導意義。 

  帶移動接觸線的兩相流問題有許多應用,一個重要應用是所謂Capillary問題。兩相流界面沿著固體表面上升與其浸潤性質有很大關系。液體薄膜內流體的Capillary問題與傳統情形不同,比經典規律緩慢很多。如何從理論上定量解釋這種有趣現象并非易事,除了移動接觸線的困難外,液膜厚度與延展半徑之間的尺度差別也對數值計算帶來很大困難。利用Onsager變分原理,我們發展了針對帶自由界面的復雜兩相流系統的新型逼近方法,利用該方法,我們首次推導出液膜Capillary問題的接觸線上升隨時間滿足對流律,該理論定量解釋了物理實驗結果。 

  以上工作均發表于流體力學頂級期刊 J. Fluid Mech. 中。 

    

  參考文獻: 

  [1] Xianmin Xu(#), Yana Di, Haijun Yu(*), Sharp-interface limits of a phase-field model with a generalized Navier slip boundary condition for moving contact lines , J. Fluid Mech., Vol 849, 805-833, (2018). 

  [2] Shuo Guo(#), Xianmin Xu(#), Tiezheng Qian, Yana Di, Masao Doi, Penger Tong(*), Onset of thin film meniscus along a fiber, J. Fluid Mech. Vol 865, 650-680, (2019). 

    

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