用于移动接触线问题的流体动力学密度泛函理论揭示流体分层结构与独特图案的出现

理解控制接触线（即两种流体相与固体相交界处形成的线）动力学的纳米尺度效应，一直是流体力学中的一个长期难题，不断推动着实验和数值方法的发展。该问题的主要挑战在于其多尺度特性，即纳米尺度现象会在宏观尺度上显现。为了探测其他方法难以企及的纳米尺度，我们提出了一种还原论模型，该模型在纳维-斯托克斯类方程中引入了统计力学的要素——动态密度泛函理论（DDFT），我们将其命名为流体动力学DDFT。该模型应用于在平坦固体基底上无滑移的等温伦纳德-琼斯流体。我们的计算揭示了靠近壁面处具有振荡密度结构的流体分层现象，并且随着温度升高，出现了两个截然不同的区域：一个位于液-汽界面汽相侧的压缩区，以及一个位于液相侧的大剪切滑移区。压缩区沿流体界面扩展的长度尺度随温度的增长速度快于流体界面宽度；而滑移区的宽度则受振荡密度结构的限制，仅限于距壁面几个粒子直径的范围内。压缩和剪切效应都可能抵消接触线摩擦，其中压缩效应在低温下对前进接触线速度的影响尤为显著。