近日，我院2022级直博生秦楚晋在热对流作用下枝晶生长建模方面取得新进展，相关研究成果以“A discrete kinetic scheme for simulating anisotropic liquid-solid phase change with thermal flows”为题发表在《Physics of Fluids》（流体物理学，PoF）。该期刊是流体力学领域的权威期刊之一，自1958年创刊以来，PoF始终致力于发表流体动力学领域的高质量原创研究，涵盖理论分析、数值模拟和实验探索，是美国物理联合会AIP旗下JCR一区、中科院二区期刊。
离散动理学方法是一种通过求解粒子系统分布函数演化方程的数值模拟手段。几乎所有由粒子组成的系统都可以用动理学及相关离散方法来描述和研究。在金属材料凝固过程中，熔体流动对枝晶生长及微观组织形貌具有显著影响，最终决定成型件的力学性能与服役寿命。本工作提出一种新颖的离散动理学模型，通过直接求解一对动理学方程——各向异性Boltzmann方程与Boltzmann-Shakhov模型方程，实现了熔体热对流作用下枝晶生长界面动态演化的精确捕捉。该模型在物理空间和速度空间的离散方式上具有高度灵活性，从而具有良好的数值稳定性；采用特征线上的数值积分重构分布函数通量，避免了隐式求解，同时具有时空二阶精度。通过系统的Chapman-Enskog多尺度理论分析、与现有方法对比验证，充分证明了该模型的准确性与可靠性。该模型展现出优异的数值稳定性，能够在极大或极小的松弛时间下保持稳定的计算性能并获得有效的结果。其跨尺度模拟能力使其能够有效耦合晶体形核、生长的多尺度过程，为研究凝固过程中从原子尺度到宏观尺度的完整演化行为提供了强有力的计算工具。
论文通讯作者为我院孙东科教授。该论文研究工作获得国家自然科学基金（No. 52301035）资助。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0267534
供稿：秦楚晋
审核：孙东科、彭龙
