电喷与电纺中的锥形-喷嘴模拟的鲁棒截断域方法

电喷与电纺的直接数值模拟因针头与收集器之间的尺度分离而计算密集。锥形-喷嘴模式在针头附近发生，源于表面张力、粘性应力、惯性与电应力之间的精细平衡。这一模式在决定喷嘴后续不稳定性以及收集器最终结果方面起关键作用。截断域模拟是一种可行的替代方法，但严重依赖远场电荷边界条件的准确性。现有基于电势解析表达式的截断域方法系统性地低估了针头尖部的电场，并要求基于先前实验或全域模拟进行经验性调参，从而限制了其预测能力。本文提出了一种通用的截断域框架，用于电动力学（EHD）锥形-喷嘴模拟，旨克服上述局限。我们的做法利用低成本的全域电荷模拟获取针头附近的精确电场和电势分布，并将其作为边界条件输入到在截断域上进行的 EHD 模拟中。与全域 EHD 模拟及实验数据进行比较表明，所提方法准确复现了锥形-喷嘴形状以及关键物理量，包括电流、电荷分布、速度场和麦克斯韦应力，同时在显著缩小的域尺寸下即可收敛。该方法消除了可调参数，无需事先了解锥形喷嘴配置，显著降低了计算成本，为研究电动力学锥形喷嘴流提供了可靠且具预测性的框架。