Глава 154 Универсальная модель накопления льда
«Многочастичная диссипативная динамика частиц…»
Чжу Лань повторила существительное и подняла руку, чтобы поправить волосы.
Это бессознательное действие, которое она совершает, когда думает.
Будучи профессором физики поверхности, Чжу Лань, естественно, очень рано познакомился с вычислительным моделированием, связанным с молекулярной динамикой.
Естественно, сюда также входит диссипативная динамика частиц (ДДЧ) — метод численного моделирования, который был предложен лишь в последние годы для изучения движения мезоскопических частиц.
Но что представляет собой эта многочастичная диссипативная динамика частиц?
Элементарные частицы в ДПД изначально не являются отдельными атомами или молекулами в молекулярной динамике, а представляют собой крупнозернистые частицы, представляющие молекулярные группы.
Поскольку он устраняет проблему описания всех молекул в молекулярной динамике, степень свободы системы значительно уменьшается, а объем вычислений также уменьшается экспоненциально. Он очень подходит для исследований в мезоскопическом масштабе или макроскопическом масштабе определенного масштаба.
Однако этот «определенный масштаб» относится к 100 нм в области молекулярной динамики и не будет превышать максимум порядка 1 мкм.
Если мультитело подразумевает дальнейшее расширение масштаба исследований, то это означает увеличение числа молекулярных групп, которые необходимо изучить, что противоречит первоначальному замыслу создания метода DPD...
Не в силах справиться со своим замешательством, Чжу Лань наконец решила «не стыдиться спросить» — ни она, ни Линь Гофань не были представителями авиационной промышленности, поэтому имя Чан Хаонаня у них, естественно, не вызвало никаких впечатлений.
Поэтому, по их мнению, перед ними должен быть просто молодой инженер с завода 182, который в основном отвечает за усовершенствование противообледенительного устройства Yun 8.
По крайней мере, так обстоит дело сейчас.
«Хорошо, есть ли какая-либо связь между многочастичной диссипативной динамикой частиц, о которой вы говорите, и диссипативной динамикой частиц, с которой я знаком, и в чем разница?»
На самом деле, в это время Чан Хаонан как раз разбирался с внезапно нахлынувшими в его разум знаниями. Что касается основных принципов MDPD, то он узнал об основных принципах MDPD всего на две минуты раньше Чжу Лань, сидевшего рядом с ним.
«Самое большое отличие заключается в том, что MDPD преобразовал уравнение состояния и получил на его основе новое уравнение управления».
«Консервативная сила в DPD является чисто отталкивающей силой, и ее величина уменьшается с увеличением расстояния. Частицы, контролируемые такой силой, будут продолжать удаляться друг от друга и в конечном итоге заполнять все расчетное пространство, образуя массу плотности, температуры и других веществ с однородными термодинамическими свойствами».
После выступления Чан Хаонань взял ручку и бумагу и записал уравнение состояния DPD.
ˆp=kT+A^2
Причина этого заключается не только в том, чтобы облегчить понимание Линь Гофаня и Чжу Ланя, но и в том, чтобы углубить собственное понимание Чан Хаонаня и разобраться в теоретических принципах MDPD.
«Член наивысшего порядка плотности жидкости в этом уравнении состояния — квадратичный член, а уравнение состояния, используемое для описания внутреннего давления жидкости, должно содержать кубический член плотности жидкости. Следовательно, эта форма уравнения состояния по сути не может быть численно смоделирована с помощью систем жидкостей со свободным интерфейсом жидкость-воздух».
Услышав это, глаза Чжу Лань внезапно загорелись:
Хотя Чан Хаонан пока не представил никаких новых знаний, он смог ясно объяснить DPD, которая до сих пор является передовой теоретической структурой, и прямо указал на ее самую большую проблему. Очевидно, что он действительно изучил этот вопрос. Это не тот тип гражданской науки, которая хочет доказать гипотезу Гольдбаха только после того, как узнает 1+1=2, или начинающий инженер, который хочет быстро начать, просто проведя мозговой штурм.
Если бы только что супруги все еще были настроены несколько снисходительно и хотели бы узнать, сколько ценных вещей может сказать такой молодой инженер.
Теперь, по крайней мере, Чан Хаонан рассматривается как коллега, который может участвовать в равноправных академических обменах.
Линь Гофань рядом с ним тоже невольно выпрямился:
«Значит, новый метод, о котором вы только что упомянули, может решить эту проблему?»
Для Линь Гофаня, занимающегося прикладными исследованиями, значимость этого вопроса еще больше.
Поскольку моделирование DPD слишком идеально, его можно использовать только для газовых систем и полнотрубных систем, где жидкость равномерно заполняет все ограниченное замкнутое пространство.
В реальной среде не так много ситуаций, которые соответствуют этим двум требованиям. Почти все объекты исследования находятся в открытых пространствах и имеют свободные границы раздела жидкость-газ.
«Конечно», — Чан Хаонан постучал ручкой по бумаге перед собой:
«Изучая литературу, я обнаружил, что, комбинируя кубические сплайновые кривые и улучшая весовую функцию в DPD, мы можем получить консервативную форму силы, которая может свободно преобразовывать притяжение и отталкивание в соответствии с различными расстояниями, тем самым обеспечивая устойчивость модели. Частицы могут собираться вместе при определенной плотности, образуя кластеры частиц, похожие на конденсированные капли...»
«После добавления члена более высокого порядка плотности жидкости к уравнению состояния консервативной силы получается уравнение состояния MDPD».
Чан Хаонан сказал и записал на бумаге последний шаг процесса расчета, который является результатом преобразования уравнения консервативной силы:
ˆp=kT+A^2+2Br^4^2(-c)
Завершив последний символ, он удовлетворенно улыбнулся, а затем осторожно отложил ручку в сторону.
…
В конце концов, два профессора из Университета Цзиньчэн действительно талантливы. Хотя они и были немного смущены, когда впервые столкнулись с неизвестной концепцией, они быстро уловили ключевые моменты. «Пока траектория и ударные характеристики капель воды могут быть рассчитаны, будет легче понять процесс изменения фазы на твердой поверхности». Поняв объяснение Чан Хаонана, нахмуренные брови Чжу Ланя постепенно расслабились. Давай:
«Кроме того, я думаю, что ряд алгоритмов, таких как итерация по времени и настройки граничных условий, должны быть определены позже. В этой связи...»
Разумеется, увидев совершенно новую динамическую теорию, она с нетерпением ждала возможности попробовать применить ее в инженерной практике.
«Товарищ Сяо Чан».
Линь Гофань прямо перебил жену на полуслове:
«Если нам нужно будет сделать что-то еще позже, вы можете просто поручить эту работу».
«Теоретическое усовершенствование MDPD и алгоритмов, задействованных в конкретном процессе внедрения, может быть завершено мной, в то время как конкретная конструкция противообледенительного устройства самолета может быть предоставлена главному инженеру Ляну и его коллегам».
Чан Хаонан посмотрел на листки бумаги, заполненные формулами, лежащие перед ним, и медленно сказал:
«Но я также хочу взглянуть на ситуацию в долгосрочной перспективе, а не просто сосредоточиться на модели Yun8».
«То есть, использовать эту теорию для создания модели накопления льда, которая может адаптироваться к различным средам и аэродинамическим профилям, или не только крыльям, но и любой твердой поверхности. Таким образом, последующим пользователям нужно будет только предоставить характерные факторы среды и, изучая физическое моделирование объекта, можно получить соответствующий процесс роста формы льда».
Сидевший напротив Линь Гофань был настолько поражен столь амбициозной целью, что у него перехватило дыхание:
«Хотите ли вы создать инструмент для прогнозирования накопления льда, который можно будет использовать во всем мире?»
Имейте в виду, что авиационная отрасль — не единственная, которая пострадает от обледенения.
На самом деле эта проблема касается различных отраслей, таких как электроэнергетика, автомагистрали, железные дороги и строительство.
Однако из-за нестабильности климатических условий всегда было сложно предсказать время, место и конкретную форму ледовых повреждений, и, естественно, предварительный контроль отсутствует.
Зачастую только тогда, когда ледовые повреждения уже произошли или вот-вот должны произойти, можно направить большое количество рабочей силы для осмотра и ремонта.
Это не только неэффективно, но и очень сложно и опасно.
И если амбиции Чан Хаонана действительно осуществятся, то и в процессе проектирования, и в процессе использования можно будет добиться целенаправленной профилактики.
Для метеоролога это просто мечта, ставшая явью.
«Верно», — кивнул Чан Хаонан:
«Конечно, нам не нужно быть столь радикальными на начальном этапе, просто разберемся с несколькими типичными сценариями в нашей стране».
«Однако факторы окружающей среды здесь довольно сложны, такие как скорость притока, диаметр капель, содержание воды в притоке, температура окружающей среды и т. д. Я не так много знаю об этом аспекте. Профессор Линь должен нести ответственность за исследования и определения».
Когда он только что жульничал, он несколько раз пробовал разные методы выражения и обнаружил, что если все процессы разработки будут завершены им самим, это потребует слишком много очков научных исследований, поэтому в конце концов он решил просто позволить системе вести его. Сделайте самые сложные и новаторские части сами.
«Нет проблем, это именно то, в чем я хорош».
Линь Гофань уже проявил нетерпение:
«Кроме того, общенациональные работы не могут быть завершены в одночасье. Во многих местах требуются выездные проверки. Я могу сначала определить экологические факторы осенью и зимой в горах Циньлин, чтобы убедиться, что не возникнет проблем с вашей окончательной работой».
Наньчжэн, где расположен завод 182, расположен в регионе Циньлин, а осень и зима также являются наиболее распространенными периодами обледенения крыльев.
«Ну... это прекрасно».
Чан Хаонан только что сказал, что он слишком потакал себе в волнении и почти забыл закончить движение 8F и движение 8J. Это уже срочно.
Заслуга Линь Гофаня в том, что он все еще помнит о нуждах Завода 182.
«Что касается профессора Чжу…»
Чжу Лань была иностранной помощью, которая не была включена в план, поэтому Чан Хаонань задумался на мгновение, прежде чем продолжить:
«Помимо активных методов борьбы с обледенением, таких как расширение или нагрев, также важно сделать поверхность объекта менее подверженной замерзанию, поэтому я хочу проверить противообледенительные свойства материалов с различной структурой поверхности и шероховатостью. В чем разница».
«Нет проблем, в настоящее время мы изучаем влияние столбчатой и полусферической микроструктуры твердой поверхности на смачиваемость жидкостью, и некоторые идеи и результаты можно перенести сюда».
«Очень хорошо». Чан Хаонан встал и глубоко вздохнул:
«Тогда начнем прямо сейчас!»
(Конец этой главы)
