基于SDPD的动态浸润研究

土俊鹏，刘汉涛,李海桥

(中北大学能源动力工程学院，山西 太原 030051)

随着对自然界浸润现象的深入研究，各种结构表面的浸润性能受到了广泛关注，目前不同浸润性表面仿生材料的开发与应用成为科学研究的热点和难点之一[1-3]。在表面材料浸润性能的研究过程中发现，材料自身属性起着非常重要的作用，多相间表面张力的协同作用是决定表面材料性能的最重要因素之一[4-6]。多相间表面张力的相互作用是一个复杂的动态过程，这个过程涉及到流体结构大变形，且本质上是一个跨尺度的复杂物理现象。对动态浸润问题进行实验研究是非常困难的，很难复现动态浸润过程中的真实物理条件和流体动力学行为。数值模拟技术的发展给深入研究动态浸润问题提供了便利，但基于网格的流体模拟方法很难捕捉多相间复杂的界面力学行为，在处理动态浸润过程中涉及的流体结构大变形还会遇到网格畸变等固有问题的困扰。无网格方法在处理上述问题时具有独特的优势，其中光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)作为最早的无网格方法之一，在研究多相流动等复杂流体动力学行为时受到了广泛关注[7-8]。然而，SPH是一种宏观尺度的计算方法，不能准确刻画复杂流体动力学行为中的多尺度机理[9]，因此Espaol等[10-11]将SPH和与耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)无网格方法相结合，提出了光滑耗散粒子动力学(smoothed dissipative particle dynamics, SDPD)方法。与DPD方法一样，SDPD中考虑了粒子的热运动，引入了随机运动，可以描述介观系统的随机振荡，因此SDPD能够从介观尺度上揭示浸润问题内部复杂的流体动力学行为。……