3月21日，《计算物理杂志》（Journal of Computational Physics）在线发表了柴振华教授团队的最新研究成果“A thermodynamically consistent and conservative diffuse-interface model for gas/liquid-liquid-solid flows”。柴振华教授为通讯作者，我们2021级博士研究生湛承杰为第一作者，其他参与者包括刘茜博士和施保昌教授。

       气-液-固三相流动问题广泛存在于自然界以及诸多工业过程中，这类问题涉及复杂的流体界面动力学、移动边界的流-固相互作用和接触线动力学，如何在统一框架下建立同时描述这三个过程的数学模型并发展简单高效的数值方法是一个重要挑战。该工作基于相场理论，通过对三相系统的自由能密度函数进行巧妙分解和分析，并借助Young方程，发展了一类新的能量泛函。新的能量泛函不但有效关联了接触角的影响，并且从理论上可以证明其中与接触角相关的部分与经典两相润湿边界能量密度是一致的。在此基础上，当根据能量泛函得到相场方程，并进一步耦合描述流体流动的Navier-Stokes方程时，可以证明系统满足能量耗散定律。此外，考虑颗粒运动时，还应耦合基于牛顿第二定律的颗粒运动方程。该工作采用格子Boltzmann方法数值求解所建立的扩散界面模型，并研究了复杂管道中的气-液-颗粒流动问题，部分结果如图1所示。

图1 二维管道中的气-固（左）、气-液（中）以及气-液-颗粒（右）输运过程

       该工作基于相场理论为研究气-液-固三相流动问题提供了新的有效方法。未来，团队计划将其扩展至描述多孔介质中包含多相流体的气-液-固多相流问题。

 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcp.2025.113949