Cahn-Hilliard 相场模型捕捉高摩擦表面上的纳米尺度接触线动力学
流体动力学
2026-05-01 v1
摘要
在接触线运动的描述中纳入分子尺度效应，对于准确捕捉润湿动力学中的所有能量耗散源至关重要。当接触线摩擦占主导地位，且由于可忽略的 Navier 滑移导致流体动力学模型难以实现正则化时，这一点尤为成立。我们对水/己烷双相系统进行了双相 Couette 流构型下的分子动力学模拟。润湿发生在具有可控润湿性的类二氧化硅表面上。模拟结果通过包含局部接触线滑移和接触角动力学的相场模型（Cahn-Hilliard Navier-Stokes 方程）得以重现。连续方程在数值尖锐界面极限下，直接由分子动力学模拟结果参数化。我们证明，通过系统的校准协议，相场模型可以定量地重现分子动力学。关键的是，我们表明接触线摩擦是需要基于分子动力学数据进行经验校准的主要物理参数。一旦通过匹配接触角动力学提取出该参数，即可在多个可观测量上获得定量一致性，包括界面曲率、稳态接触线位移以及流线结构。所有其他模型参数均根据独立可观测量的计算并在数值约束下后验确定。本文呈现的结果表明，相场建模能够捕捉分子过程对接触线迁移率的净效应，并且基于接触角动力学和界面弯曲重构对接触线摩擦进行仔细校准，是使连续模型与分子动力学完全协调的关键。
引用
@article{arxiv.2604.27687,
title = {Cahn-Hilliard Phase Field modelling captures nanoscale contact line dynamics on high-friction surfaces},
author = {Michele Pellegrino and Parvathy K. Kannan and Gustav Amberg and Shervin Bagheri and Outi Tammisola and Berk Hess},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.27687},
year = {2026}
}