用于复杂几何上接触线动力学的全欧拉混合浸没边界-相场模型

我们提出一种全欧拉混合浸没边界/相场模型，以模拟任意几何上的润湿与接触线运动。固体壁面由体积惩罚幽灵单元浸没边界描述，而两流体间的界面由扩散界面法描述。复杂壁面上的接触线运动通过动量方程中的滑移速度以及 Cahn-Hilliard 模型序参量的静/动态接触角条件来规定。这种组合需要精确计算标量序参量及速度分量的法向与切向梯度。然而，本算法需要将平均权重及其他几何变量作为预处理步骤进行计算。文中报告了若干验证测试，以及液滴在不同接触角和滑移长度的正弦壁面上铺展的二维模拟和球形液滴在球体上铺展的模拟，表明所提算法能够处理任意复杂壁面上的三相接触线运动。该算法的欧拉特性便于实现，并提供了直接且潜在高度可扩展的并行化。所采用的底层 Navier-Stokes 求解器的并行化也可高效用于多相部分。此处提出的流程可直接用于对任意场变量在复杂几何（以浸没边界方法建模，例如变形生物膜、红细胞、凝固、蒸发与沸腾等）上施加任意类型的边界条件（Neumann、Dirichlet 及混合）。