在一定条件下,具有纳米结构的超疏水表面上形成的液滴合并后能够自发弹跳,这对于实现高效滴状冷凝传热、抗结露与抗结冰以及表面自清洁等过程具有重要的意义。研究液滴合并后能够发生弹跳所需的条件,对于认识和理解液滴合并后诱导弹跳现象的本质以及研究新型的超疏水性纳米结构材料表面具有重要的理论和应用价值。目前已有许多研究者分别从实验、理论以及数值模拟方面对液滴合并后诱导的弹跳现象进行了研究,并已取得了大量的成果。其中数值模拟方法由于拥有无需昂贵、费时的实验,可以连续动态地显现问题的发展过程以及显示发生在物质结构内部的现象等优势得到了众多研究者的认可。但是在数值模拟方面仍然还存在一些不足以及需要更进一步研究的问题,例如理论预测、数值模拟与实验结果之间还存在较大偏差,数值模拟多限于二维情形,真实情况下的三维模拟相对较少。迄今为止,对液滴在超疏水纳米结构材料表面上合并后诱导弹跳规律的数值模拟研究还不够系统、全面和详尽。数值模拟中的晶格Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是近年来发展起来一种较新的借助于微观模型来模拟多相流现象的宏观行为的介观方法,与传统方法相比较,因其具有简单性、局部性、天然的并行性和能够处理复杂的边界问题已成为模拟复杂流动现象的有力工具。目前,晶格Boltzmann方法已经成功的应用到多孔介质流、多相流、湍流、化学流等复杂系统的模拟研究领域。本文采用基于化学势的三维晶格Boltzmann多相流模型比较系统、全面地研究与分析影响液滴在超疏水性纳米结构材料表面上合并后发生弹跳的条件与因素、液滴合并弹跳的过程以及预测液滴弹跳的高度等。首先通过使用Laplace定律验证了该多相流模型的正确性;然后使用两相共存密度模拟实验获得的结果与使用Maxwell等面积重构求解得到的两相共存密度理论值比较,两者结果吻合得很好,证明了模型具有热力学一致性;接着通过在表面张力的作用下方形液滴逐渐变圆模拟以及两个相互靠近的液滴自发合并过程模拟实验,初步验证了该模型具有能够正确模拟简单多相流流体行为的能力;最后采用经过验证的模型对多个液滴在不同条件的超疏水性纳米结构材料表面上合并后弹跳的多相流复杂现象进行了数值模拟与分析,研究合并液滴在指定的条件下是否能够发生弹跳,合并弹跳的过程以及预测弹跳的高度。数值模拟结果表明,合并液滴的大小与数目,超疏水性纳米结构材料表面的特征,如纳米柱高,纳米柱间距以及材料表面的润湿性(表面接触角)等因素对合并液滴是否能发生弹跳以及弹跳的高度均具有重要的影响。一般说,只有比较小的多个液滴合并后才能诱发弹跳,合并液滴比较多时弹跳高度越高,材料表面的纳米柱间距越大越不容易发生弹跳,纳米柱越高以及表面接触角越大更容易发生液滴合并后弹跳现象,并且弹跳的高度也越高,这些获得的结果与现有通过实验方法观察得到的结果相一致。因此,我们采用基于化学势的三维晶格Boltzmann多相流模型模拟对液滴在超疏水性纳米结构材料表面上合并后弹跳现象进行研究,有助于人们认识和理解液滴合并后诱导弹跳现象的本质以及有望给研究新型的超疏水性纳米结构材料表面提供理论参考。