电子科技大学数学学院讲师夏泽宇在Journal of Computational Physics发表研究成果
文章导读
铁磁流体在磁场下的界面运动模拟长期受限于传统耗散模型的低精度问题，而夏泽宇讲师及其团队提出的锐界面模型彻底改变了这一局面。该研究通过Barrett-Garcke-Nürnberg界面捕捉技术，构建了首个适用于非匹配密度两相铁磁流体的高精度三维数值模型，成功复现了《Nature》实验中复杂的界面演化过程。与现有方法相比，该算法在保持计算效率的同时显著提升了精度，首次实现了非均匀磁场下多物理场耦合的精确求解。掌握这一模型后，研究者将能更真实地预测铁磁流体在医学靶向给药、微流控器件和振动控制系统中的行为表现，为工程应用提供更强的理论支撑。
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近日，数学科学学院徐立伟教授、夏泽宇讲师与哈尔滨工业大学（深圳）王冀鲁教授和西北工业大学杨宗泽教授合作，在计算流体权威期刊《Journal of Computational Physics》上发表了学术论文《Sharp interface modeling and simulations of two-phase ferrofluid flows》，徐立伟教授为该论文的唯一通讯作者。
铁磁流体是由纳米级磁性颗粒悬浮于特定溶剂中形成的胶体溶液，流体本身没有磁性，施加外加磁场时会表现出强磁化特性，这一特点使其在振动阻尼、医学靶向药物传输等领域有重要应用。由于铁磁流体动力学方程由多物理场耦合，其界面运动问题涉及到流场、压力场、静磁场和磁化场等诸多物理量，方程的数学分析和数值计算均极其复杂。为了提高计算效率，目前数值模拟的工作都是基于耗散界面模型。该模型优点是简化了对复杂界面运动过程的刻画，代价是将自由界面看作有一定厚度的过渡区域，降低了模型的精度。
作者针对非匹配密度的两相铁磁流体运动，建立了精度更高的锐界面模型，利用Barrett-Garcke-Nürnberg技巧捕捉界面运动，设计了一套精确高效的数值算法求解模型，首次模拟了三维非均匀磁场中铁磁流体的界面运动情况，数值模拟结果与《Nature》杂志上公布的实验结果一致，验证了模型和算法的可靠性。
夏泽宇，讲师，2022年博士毕业于电子科技大学，在哈尔滨工业大学（深圳）做博士后研究，研究方向为计算流体力学和计算电磁学，参与多个国自然面上项目，在ESAIM Math. Model. Numer. Anal.、J. Comput. Phys.等杂志上发表8篇论文，包含两篇web of science高被引论文。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcp.2025.114542
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