湿雪变质过程的相场模型

雪的微观结构决定了其基本力学性能、反射率以及热-水力特性。雪因温度、湿度或曲率的局部梯度而持续经历微观结构变化，这一过程称为雪变质作用。本工作聚焦湿雪变质作用，即温度接近熔点时涉及液态水、水蒸气和固态冰之间相变的现象。我们提出了一种孔隙尺度的相场模型，能够同时捕获三种相关的相变现象：升华（凝华）、蒸发（凝结）和融化（凝固）。相场表述允许追踪三相之间的温度演化以及空气中的水蒸气浓度。我们的三相模型在某一相不存在于系统中时恢复相应的两相转变模型。二维模拟揭示了湿度和温度对孔隙尺度湿雪变质动力学的影响。我们还探讨了液态融水含量在控制雪变质动力学中的作用，与渗流开始前的干燥状态形成对比。该模型可方便地扩展以纳入两相流，并可作为研究 vapor-solid-liquid 系统中水相变其他问题（如飞机结冰或热喷涂涂层）的基础。