力学讲座-涨落流体力学:从低雷诺数界面流动到跨尺度湍流

伴随着设备的微型化和加工的精密化，纳尺度流动广泛存在于半导体制造、新能源等高端产业领域，其流动特性对制造精度有着重要影响。作为“纳尺度效应”之一的分子涨落已被发现将显著影响流动特性，该效应超出了经典Navier-Stokes方程的描述范围，成为进一步理解纳尺度流动机理的主要障碍。本工作基于Landau-Lifshitz-Navier-Stokes理论框架，通过将随机涨落通量引入动量耗散项中，构建了满足涨落耗散定理的随机流体力学模型，探究了热涨落在低雷诺数界面流动和跨尺度湍流中的作用机理，理论分析与数值模拟表明:热涨落可显著加速射流破碎和液膜失稳过程，延缓液滴聚合，并重塑动态接触线在运动/钉扎过程中的形态特征;同时，在湍流耗散区，热涨落显著改变能谱分布特征，并可能影响惯性子区内的流动结构。不同于早期爱因斯坦等人对布朗运动的研究工作一一花粉颗粒处于“静止”的液体中，本研究着重探究流体力学与涨落动力学的“耦合效应”，揭示分子涨落驱动的新流动机理。