3月21日，《計算物理雜志》（Journal of Computational Physics）在線發表了柴振華教授團隊的最新研究成果“A thermodynamically consistent and conservative diffuse-interface model for gas/liquid-liquid-solid flows”。柴振華教授為通訊作者，我院2021級博士研究生湛承傑為第一作者，其他參與者包括劉茜博士和施保昌教授。

       氣-液-固三相流動問題廣泛存在于自然界以及諸多工業過程中，這類問題涉及複雜的流體界面動力學、移動邊界的流-固相互作用和接觸線動力學，如何在統一框架下建立同時描述這三個過程的數學模型并發展簡單高效的數值方法是一個重要挑戰。該工作基于相場理論，通過對三相系統的自由能密度函數進行巧妙分解和分析，并借助Young方程，發展了一類新的能量泛函。新的能量泛函不但有效關聯了接觸角的影響，并且從理論上可以證明其中與接觸角相關的部分與經典兩相潤濕邊界能量密度是一緻的。在此基礎上，當根據能量泛函得到相場方程，并進一步耦合描述流體流動的Navier-Stokes方程時，可以證明系統滿足能量耗散定律。此外，考慮顆粒運動時，還應耦合基于牛頓第二定律的顆粒運動方程。該工作采用格子Boltzmann方法數值求解所建立的擴散界面模型，并研究了複雜管道中的氣-液-顆粒流動問題，部分結果如圖1所示。

圖1 二維管道中的氣-固（左）、氣-液（中）以及氣-液-顆粒（右）輸運過程

       該工作基于相場理論為研究氣-液-固三相流動問題提供了新的有效方法。未來，團隊計劃将其擴展至描述多孔介質中包含多相流體的氣-液-固多相流問題。

 論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.jcp.2025.113949