自然界存在各种各样与表面润湿的有趣现象,例如沙漠甲虫能靠背部收集雾气,蜘蛛丝和猪笼草等能进行液体的定向输送,液滴能在荷叶上自由滚动等。这些自然现象为我们在设计防水、抗腐蚀等功能性材料的设计中开拓了新思路。研究发现,这些现象都是由动植物体表面特殊的微纳米结构所引起的。研究液体在微结构表面的润湿行为对于深刻理解自然现象和指导生产生活都有重要意义。本文利用格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)对液体在微结构表面的润湿行为进行了模拟,并取得了以下几方面进展:(1)利用理论计算和二维LBM围绕微管的几何形状以及表面性质非均匀性对液体定向流动的影响进行了研究。首先,我们推导出了分别适用于界面的化学效应和几何效应的压差计算公式,然后利用LBM进行了模拟验证。结果表明,传统的通过计算界面压差确定界面最大阻力的方法并不妥当,液体的流动还受接触角回滞的和界面张力等因素的影响。最后,我们提出了利用管内界面的化学效应和几何效应调控液体流向的普遍机理,这在预测流体方向和指导定向流仿生材料设计上具有重要的指导意义。(2)利用二维LBM定量的对圆角的边界效应进行了模拟。经过与非连续性平直边界的比较发现,宏观边界角相同时,圆角边界的锚定作用比平直边界弱得多。(3)利用二维LBM对下落液滴与倾斜柱子基底的作用情况进行了研究。结果表明柱子倾斜角越大,液滴越容易弹起。中等倾斜角的柱子有利于液滴定向跳跃。柱子顶端的界面差异是导致液滴与表面作用结果不同的主要原因,因此构造柱子顶端边界的非均匀性有助于使液体以各向异性的方式后退,从而实现定向跳跃。基于上述原理,本文通过将不同程度的倾斜柱子或间距不同的竖直柱子进行了一定的组合,对基底进行了优化。结果表明,间距不同的竖直柱子的组合基底最有利于实现液滴定向跳跃。