微纳界面流体,流动不稳定性,计算流体力学
1. 极小尺度下的涨落流体力学研究
分子热运动导致的涨落效应将显著影响极小尺度下的流动特征,其随机动力学特性向经典流体力学理论提出了新的挑战。目前已围绕纳尺度射流、液膜、液滴等典型界面流动,开展涨落流体动力学(fluctuating hydrodynamics)研究,建立相关理论分析平台和数值计算程序,研究结果表明分子热涨落将显著加速射流破碎(JFM, 996:A29, 2024; PRF, 5: 044201, 2020)和壁面液膜失稳(PRF, 7: 024203, 2022; PoF, 35:072016, 2023)、改变液滴聚合位置(PoF, 33:112004,2021)、影响接触线移动和钉扎时的形态(PRE, 107:015105, 2023; PoF, 36:072018, 2024),其中,纳尺度壁面液膜失稳的相关成果为半导体加工的涂胶与湿法刻蚀等工艺过程提供了理论参考。近期将涨落效应拓展到跨尺度湍流中,探究了该效应对湍流能级串和微观流动结构的影响。
2. 极端条件下的薄膜流动
围绕固体壁面上液体薄膜流动的不稳定性与破碎,建立了不稳定性理论框架,探究了毛细力、粘性力、惯性力、分子间范德华力以及外部气体剪切应力的作用机理,特别关注超滑表面(JFM, 954: A46, 2023)与极大惯性(JFM, 982: A13, 2024)对液膜不稳定性的影响机制,同时搭建了实验平台,初步验证了理论发现(PoF, 36:092014, 2024),相关成果为空间增材制造中液态金属的调控提供了理论参考。近期探究了液膜在高超声速流场中的界面失稳与破碎,并基于Floquet理论开展了震荡气流作用下的界面流动不稳定性分析(PoF, 36: 012117, 2024),上述研究为高超声速发汗/溢膜冷却技术奠定了理论基础。