多相流与我们的生活息息相关,在能源开发、生命科学、生产生活等方面都有着广泛的应用,研究多相流现象不仅能够有助于人类了解自然现象,掌握其运动规律并且能够创造经济效益,具有重要的科学意义和工程应用价值。近年来发展起来的基于介观层面的晶格Boltzmann方法(LBM)成为模拟多相流系统的有效工具,受到越来越多的关注。二次流的应用十分广泛,不仅可用于食品加工、生物技术等日常生活,同时在搅拌混合、反应堆建模等工业方面也有着重要的作用,因此研究二次流具有深刻的现实意义。本文利用基于化学势的多相流LBM方法,建立D3Q19格子模型,模拟研究具有自由界面的旋转流体流动现象,关注表面润湿性和搅拌力对主涡旋和二次涡流的影响。通过设置不同的表面润湿性,模拟了流体在圆柱体中的流动。发现当接触角不断增大,主涡旋的液面形状会由陡峭的山谷状逐渐变为具有两个凸起部分的鞍形。相应地,二次涡流的涡心位置逐渐移动到圆柱体的中心线,并伴随着涡流强度的增加。对于二次流,搅拌力比表面润湿性具有更强的影响。值得关注的是,当表面具有适度润湿性时,由于二次流与界面的相互作用,在三相接触线附近会发生一个小的二次涡流,这在前人的研究中从未报道过。理解和控制液滴在非均质表面上的运动行为在微流体、自清洁、水收集等研究领域有重要的意义。本文基于化学势LBM方法研究了液滴在化学异构表面上的接触线解钉运动。通过控制液滴与基板的接触面,我们设置了三种初始状态的液滴:平衡态、收缩态和拉伸态;模拟结果显示在不同初始状态下,液滴具有不同的解钉过程。当处于平衡状态时,液滴前后接触角随着基板倾斜角的增加而线性变化,并且前后接触线几乎同时发生移动;单侧解钉发生在收缩状态的前接触线和延展状态的后接触线处,同时伴随着接触角的突然振荡。在此之后,由于三种初始态的液滴具有相同体积,液滴将会自然返回到相似的临界滑动状态。液滴的动态平衡反映了重力和毛细力之间的相互“竞争”。可以清楚地观察到,液滴的单侧解钉是由缓慢移动的粘着过程和快速滑动过程组成。通过模拟不同宽度的条带宽度,发现条带宽度与液滴发生滚动时间呈线性正相关,与前人的实验结果相吻合。在微观尺度上,通过对实时接触角进行测量,发现接触线区域内的局部力平衡是由不平衡杨氏力和粘着过程的液固摩擦力相互作用的结果,而不平衡的杨氏力为滑动阶段接触线的运动提供驱动力。综上所述,本文基于化学势多相流LBM模型,研究了壁面润湿性对三维旋转流体二次流的影响和液滴在化学异构表面上的接触线解钉运动,增进了对二次流和接触线运动的深入理解,也证实了化学势模型研究多相流的有效性。