PoF | 南昌大学张莹教授团队与国防科技大学赵万东联合团队:一种适用于不同润湿性条件的伪势格子玻尔兹曼方法改进曲线边界格式

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格子玻尔兹曼方法（LBM）由于具备程序编写便捷、边界网格生成简便以及复杂物理现象建模能力突出等特点，在处理流固边界问题中优势显著。但在模拟复杂弯曲表面接触角时，传统流固边界插值方案易出现质量泄漏、几何形状失真、较大的虚假速度等问题，严重影响计算精度。本文创新性地将非理想力引入到传统的线性插值方案和赵勇方案，并通过质量修正公式修正插值误差，提出两种改进型弯曲边界方案，有效地解决了传统技术痛点。经静态液滴、动态液滴撞击曲面壁等系列数值测试验证，改进方案严格满足质量守恒，虚假速度显著减小，并无需额外修正，即可实现 0°-180° 宽范围接触角调节。

上述改进方案有效性可通过虚假速度大小得到直观验证（见图1）。图1中清晰可见，传统插值格式的虚假速度幅值极高，达到10^-1量级，而采用本文改进格式后，虚假速度幅值显著降低至10^-3级，降幅接近百倍。

改进格式在接触角模拟精度上的优势可通过静态接触角测试结果得到充分验证（见图2、图3）。两种改进格式模拟得到的接触角形态规整，完全符合模拟精度要求，直观证明了非理想力对壁面润湿性的精准调控效果。

同时，本研究首次将中心线性插值和多重反射方案应用于弯曲表面润湿性模拟，发现二者无需引入非理想力或进行质量修正，就能精准模拟不同润湿性，进一步丰富了弯曲边界模拟的技术选择。如图4所示，在泊肃叶流动模拟中，四种方案与理论解偏差均不超过 5%。

本文成果为复杂弯曲表面多相流模拟提供了更高效精准的数值方法，为航空航天、多孔介质流动、相变传热等工程领域的数值仿真提供重要技术支持。未来，团队将进一步拓展方案在弯曲表面沸腾等复杂场景的应用，持续推动流体力学数值模拟技术创新。

张莹，南昌大学教授、博士生导师，现任先进制造学院动力工程及工程热物理学科带头人、轻合金材料江西省重点实验室副主任。先后获评2019年度江西省百千万人才及2013年度江苏省双创人才，同时担任中国内燃机学会理事、江西省能源学会理事。教研融合成果卓著，领衔获得江西省教学成果奖二等奖（排名第一）及江西省自然科学奖二等奖（排名第一）。研究围绕国家能源与材料战略，聚焦有色金属半固态加工、材料凝固传热、新型热管强化换热、锂电池热管理、微尺度与多孔介质传热、超临界CO₂驱替CCUS技术、热管电厂节能、微通道热流耦合、多相流介观模拟、血液动力学与气流输运等交叉方向。其科研项目扎实，主持国家自然科学基金5项（含面上项目1项）、江西省自然科学基金3项（含重点1项）及主导产学研横向课题10项。累计发表论文200余篇（SCI/EI 70篇），出版专著1部，申请专利70项（授权19项），核心技术应用于储能、微通道及热管传热等领域。

赵万东，国防科技大学空天科学学院副研究员，2023年6月于本校获得航空宇航科学与技术博士学位，并入选国防科技大学高层次XX人才计划（青年XX），2018年、2022年分别在美国西弗吉尼亚大学、英国南安普顿大学联合培养。主要研究方向为格子玻尔兹曼多相流、爆震燃烧、磁约束等离子体加热。已累计发表学术论文48篇，其中SCI收录24篇。以第一作者在流体力学顶级期刊JFM和权威期刊POF、燃烧学顶刊PCI、航天领域TOP期刊AST及传热学权威期刊ATE等发表SCI论文十余篇，并6次受邀在国际燃烧大会、ICDERS、亚太燃烧会议等重要国际会议作口头报告。主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、国防科大青年XX创新基金、国防科大拓XX人才基金、国防科大高层次XX创新人才基金，参与XX科技委重点特区项目（总经费1100万元）等国家级、省部级课题10余项，申请及授权国家发明专利3项。2023年获中国工程热物理学会“青年学者陈学俊优秀奖”，并曾获国防科技大学航天科技CASC奖、省级优秀硕士学位论文、国家奖学金等荣誉。2024年以主要完成人获省自然科学二等奖（5篇代表作中2篇为其完成的工作）1项。

胡恒，南昌大学动力工程及工程热物理专业硕士生，师从张莹教授，研究方向聚焦于多相流与沸腾传热在复杂曲面结构中的应用，目前在《Physics of Fluids》期刊发表论文2篇。

Physics of Fluids是一种致力于发表原创理论、计算和实验贡献，以了解气体、液体和复杂或多相流体动力学的卓越期刊。本刊对流体物理的主题进行了专业的快速审查，反映了流体动力学中最重要的主题。