穆恺博士的研究聚焦于界面流体动力学、界面不稳定性、微纳尺度流动等，面向深空探测和航空航天等国家需求，围绕其中广泛存在的复杂界面流动问题开展基础研究，如：空间金属增材制造中的流体动力学行为、飞行器燃料雾化动力学机制、靶丸可控制备机理等。研究旨在解决应用中涉及的关键科学问题及技术难题，如界面流动实验及理论分析方法、界面演化行为与不稳定性机理、界面流动失稳主动控制与应用等。近年来主持基金委面上、青年项目、中科院先导B课题、国家重点研发计划子任务、中科院青促会项目、JKW项目等，作为骨干参与基金委重大科研仪器研制项目和某专项应用基础项目等，获中国科学技术大学墨子杰出青年特资津贴。已在流体力学及学科交叉领域期刊发表论文40余篇，第一/通讯作者论文包括J. Fluid Mech., Phys. Fluids, Phys. Rev. Fluids 等，主要学术创新点简介如下：

• 建立界面流动实验方法与理论体系。建立了单/同轴流动聚焦、旋拧射流、液桥演化、液滴气动破碎实验平台，发展了高速PIV流场显示、高速纹影等流动观测方法，获得了界面演化定量流场，参与研发熔融金属界面流动微重力实验设备，以支持空间金属增材制造装备研制；同时，建立了速度场、温度场、离心力场等多场耦合条件下界面不稳定性及能量平衡理论分析方法。以上研究为广泛深入探究界面流动及失稳机理奠定了坚实基础。

      图1 典型界面流动实验方法。

     图2 界面不稳定性理论体系。

• 探明复杂界面流动动力学规律及不稳定性机制。获得了射流轴对称破碎形成液滴的流动模态及参数域，建立了液滴粒径与控制参数的尺度率，明确了同轴射流界面耦合规律，获得了界面扰动增长及不同耦合模态参数区间，揭示了周向旋拧诱导射流非轴对称破碎的物理过程，明确了离心力、剪切力、界面张力等因素的影响机制；进一步明确了多种复杂条件下（如：存在固壁、非球形液滴、多液滴 等）液滴气动破碎动力学过程，明确了二次雾化过程的界面扰动发展。以上成果揭示了多相、多界面、多场耦合等复杂流动状态下界面失稳的物理机制。

  图3 同轴射流破碎界面耦合行为与参数区间。

  图4 复杂条件下(多场耦合、非牛顿介质)射流界面失稳机制。
  

  
  

• 实现界面破碎主动调控与实际应用。通过施加外部扰动，对单层/同轴射流破碎形成微液滴过程进行了主动控制，获得了激震频率、振幅、波形等控制参数对液滴粒径、产率和均匀性的影响，明确了外部激励与射流自身固有频率的竞争关系，相关成果可为重大工程应用中液滴可控形成提供理论依据与参数指导；进一步针对同轴射流，提出了可控核数目复合液滴生成方法，并通过选取特定介质，实现了相变储能微胶囊和自修复电池微胶囊等功能性材料的可控制备及应用。

  图5 单层射流界面破碎调控。

  图6 同轴射流界面破碎调控及复合液滴应用。