近日，流體力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Fluid Mechanics》（簡(jiǎn)稱JFM，SCI二區(qū)TOP, IF 4.245）在線發(fā)表了我校土木工程學(xué)院寇繼生教授與加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)Amgad Salama教授 、湖北工程學(xué)院王秀花教授合作的學(xué)術(shù)論文“Thermodynamically consistent phase-field modelling of activated solute transport in binary solvent fluids”，其中寇繼生教授是論文的第一作者和通訊作者，紹興文理學(xué)院是第一完成單位。 JFM是英國(guó)劍橋大學(xué)出版社旗下核心期刊之一，被公認(rèn)為流體力學(xué)領(lǐng)域最著名的期刊。

　　擴(kuò)散現(xiàn)象是最常見的物理化學(xué)現(xiàn)象之一。在常規(guī)擴(kuò)散過程中，溶質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移直至達(dá)到均勻分布。當(dāng)溶劑為不混溶兩相或多相流體時(shí)，溶質(zhì)分子可從低濃度溶劑相向高濃度溶劑相輸移，這種現(xiàn)象稱為主動(dòng)擴(kuò)散。主動(dòng)擴(kuò)散廣泛存在于自然界，并在諸多科技和工業(yè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重大作用，如二氧化碳在海洋、地下水和空氣中的轉(zhuǎn)移，離子在細(xì)胞間的循環(huán)與分布，化學(xué)工程中的萃取技術(shù)等。

圖1兩相流相場(chǎng)模型計(jì)算結(jié)果
 

圖2主動(dòng)擴(kuò)散模型計(jì)算結(jié)果

　　該論文引入了溶質(zhì)在多相溶劑中的自由能，運(yùn)用熱力學(xué)第二定律建立了主動(dòng)擴(kuò)散問題的相場(chǎng)模型。該模型推廣了多組分溶質(zhì)的Maxwell-Stefan擴(kuò)散方程，滿足Onsager互易原理和熱力學(xué)第二定律；考慮了具有不同密度的溶劑相，由熱力學(xué)第二定律和伽利略原理推導(dǎo)出了統(tǒng)一的動(dòng)量守恒方程。由于模型是高度非線性和多變量耦合的，因而其求解十分困難，為此該論文構(gòu)造了線性化、多變量分離求解的數(shù)值模擬方法，而且該方法在離散層面保持了熱力學(xué)第二定律和質(zhì)量守恒定律等關(guān)鍵物理性質(zhì)。該項(xiàng)研究為主動(dòng)擴(kuò)撒問題發(fā)展了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法，也為進(jìn)一步研究多相流體中的擴(kuò)散模型提供了理論框架。

　　論文：
　　Kou, J.S., Salama, A., Wang X.H. Thermodynamically consistent phase-field modelling of activated solute transport in binary solvent fluids. Journal of Fluid Mechanics, 2023, 955, A41.

　　作者簡(jiǎn)介：
　　寇繼生，紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)槎嘞嗔骷傲鞴恬詈蠑?shù)值模擬，在國(guó)內(nèi)外重要期刊上發(fā)表論文100余篇。
                               

                                    文字：廖慶  編輯：張冉 嚴(yán)許媖