近日，<<物理评论快报>>同期发表了陈十一">陈十一教授及合作者的两篇文章“三维可压缩湍流的标度及统计性质”（Scaling and Statistics in Three-Dimensional Compressible Turbulence，Phys. Rev.Lett. 108, 214505(2012)）和“利用分子动力学模拟解释电湿润及饱和的机理”（Uncovering Molecular Mechanisms of Electrowetting and Saturation with Simulations，Phys. Rev. Lett. 108, 216101(2012)）”，报道了陈十一">陈十一研究团队在“高马赫数可压缩湍流的标度及统计性质”及“电湿润及饱和的分子动力学机理”的两项研究成果，充分肯定了陈十一">陈十一及其研究团队近期的科研工作。

    “三维可压缩湍流的标度及统计性质”（Scaling and Statistics in Three-Dimensional Compressible Turbulence）是湍流与复杂系统国家重点实验室和2138cn太阳集团古天乐应用物理与技术研究中心陈十一">陈十一教授、贺贤土">贺贤土院士、王建春与合作者近期在高马赫数湍流的多尺度统计性质的研究中取得的重要成果。

    高马赫数可压缩湍流与高温反应流动、燃烧、受控热核反应、跨音速和超音速飞行器、空间探索及天体物理等有关。最近高马赫数可压缩湍流的机理成为湍流研究的一个热点。高马赫数可压缩湍流的研究与传统的不可压缩和弱可压缩湍流有很大区别，一般在弱可压缩湍流的研究中，往往忽略密度变化的影响，采用不可压缩的湍流模型。而对于中高马赫数的可压缩湍流，压缩性十分明显，以前的湍流模型很难适用。长期以来，学术界一直没有找到有效研究和分析高马赫数可压缩湍流的手段。陈十一">陈十一团队通过高精度数值模拟，获得了精准的高马赫数的可压缩湍流流场，并利用多过程分解，发现可压缩湍流涡旋和激波过程的多尺度标度行为，以及这两个过程的相互耦合作用的统计规律。作为一维简化的湍流模型，Burgers湍流的统计行为一直是数学家、流体力学家与物理学家关注的问题，一些著名的物理学家和数学家对Burgers湍流胀量进行了深入研究，给出了其概率密度分布的预测。虽然学术界很早就意识到Burgers湍流和三维可压缩湍流的联系，但一直未能从理论与计算上严格地给出论证。该团队分析了可压缩湍流胀量与Burgers湍流胀量方程，指出了压力项对可压缩湍流胀量概率密度分布的影响，从而比较完整地解释了可压缩湍流与Burgers湍流的联系与区别。该项研究是高马赫数湍流研究的一项进展，对今后高马赫数可压缩湍流的物理机理和模型的研究具有指导意义。

图1.可压缩湍流中的激波-旋涡结构

图2. 可压缩湍流胀量的概率密度分布

    该项研究得到国家自然科学基金湍流创新群体、重点项目和973项目的资助。还得到了2138cn太阳集团古天乐应用物理与技术研究中心资助。 

    “利用分子动力学模拟解释电湿润及饱和的机理”（Uncovering Molecular Mechanisms of Electrowetting and Saturation with Simulations）”是陈十一">陈十一教授与美国 Johns Hopkins大学、清华大学合作者近期在电湿润及饱和的分子动力学机理的模拟上获得的一项成果。

    在宏观液滴在固体表面的电湿润中，可以用外部电压改变液滴的接触角。虽然电湿润被证明对操纵小液滴非常有用，但接触角会随电压增加而趋于饱和。接触角的饱和和电湿润的原理还存在争议，相应的理论仅限于宏观连续性模型，而对于尺度缩小至微纳米的液滴，无法采用宏观连续性模型。该文利用分子动力学模拟，探索了电湿润的原子学基础以及连续模型的局限性，发现纳米尺度的液滴表现出与宏观实验中同样的行为——初始随电压增加，接触角减少，到达一定电压值，接触角趋于饱和。饱和发生在带电分子从液滴中被拉出，这由局部电场的的强度和分子间的束缚力决定。另一种对接触角的表示是基于局部的力平衡，这在发生饱和后依然成立，从而解释了接触角在几个纳米尺度上趋于平衡。

图3. 液滴与固体表面接触角随电压变化的规律