第153章 多体耗散粒子动力学

“听上去似乎……真的可行?”

“要是能成的话,那我们这飞机可就厉害了啊……”

“……”

经过前面这么一番解释之后,梁绍修等人也都抛弃了刚刚将信将疑的态度。

当然,听懂了,不代表就知道怎么做。

就像读中学的时候刷题,看答案能看懂是一回事,但下次遇到了能自己做出来是另外一回事。

大部分普通工程师出身的人并不对数学和物理理论有着很高的精通程度。

而且从客观现实来讲,就算有真正能够将科学理论和工程实践如臂指使地融合在一起,并做出创新和突破的人,以南郑这个地方的条件也很难留得住。

倒不是说南郑的地理和气候环境如何不好,关键还是科研条件,突出一个要啥啥没有,这谁遭得住啊。

所以还是需要常浩南搞定前面的模型算法部分,再由182厂的工程师们完成后续工作量较大的测试、分析和参数调整过程。

“这样,梁总师。”

讲完自己的基本思路之后,常浩南走上前两步,把铅笔放回桌子上:

“你帮我找几个电脑制图比较熟练的人,不用太多,四五个就行。咱们先把咱们主翼和水平尾翼的设计给电子化,这样后面才能做相关问题的数值模拟。”

然而听到这个问题的梁绍修却面露难色:

“这……我尽量吧,电脑制图这方面,哪怕算上我自己,恐怕也没有几个人算是熟练。”

“……”

常浩南一时哑然,不过想想倒也能理解。

熟练使用电脑,和熟练使用电脑制图,毕竟还是两个概念。

大如601所,数字化设计组在刚成立的时候也不过凑了二三十个人而已,随着后来林示宽他们做不出成绩,这个数字甚至一点点降低到了常浩南和姚梦娜过去时候的七个。

整个计算中心都是冷冷清清的。

直到数字化设计和制造在歼8C的改进过程中被证明有着巨大的价值之后,才又有一些人重新被派回了林示宽那边,到现在为止也不过回到了一开始的水平而已。

很多有了些年纪的工程师,他们或许能学会用电脑,但在工程思路方面已经很难做出根本性的转变了。

而182厂人才断层严重,如今的主力不是太老就是太年轻,在这种技术大变革时代肯定要遇到一些困难的。

“那就稍微不那么熟练的也行,正好算是学习一些经验,飞行器设计这一行,日后必定要走这条路的。”

“但人选至少要保证做事认真细致,这种基础工作绝对不能出错,否则后面有可能要整个推倒重来。”

……

182厂虽然技术底子比较薄弱,但在办事效率上还是值得肯定的。

没用几天功夫,就按照常浩南的要求,从金城大学请来了与他们有着长期合作的林国范教授。

从航空系统外面请来的专家,就算有长期合作,而且得到授权可以接触涉军涉密项目,也不可能随便让他进到已经快要被当成办公室的资料室里面。

所以常浩南是带着相关资料,在一间会议室见到林国范的。

“林教授,您好。”

第一次见面的两个人握了握手。

“不知道这位是……”

林国范的身边还坐着另外一个看上去不到四十岁的女人。

“我是国范的爱人,祝兰,也是金城大学的教授,研究表面物理的,听他说你们这次的课题跟我的研究方向有关,所以也跟上面申请一起过来了。”

“那么,感谢二位了。”

三人很快结束了简单的寒暄,随后常浩南把资料放在桌上,花费大概二十分钟的时间大致介绍了自己关于机翼积冰情况预测的想法。

两位教授对视了一眼,最后还是林国范首先开口:

“小常同志,不介意我这么称呼吧。”

常浩南轻轻摇了摇头示意没关系。

“在已知过冷液滴或者冰晶的性质特征和飞机机翼的各项参数的情况下,通过动力学和热力学手段计算相变情况,这从理论上确实是说得通的,但要想落实在操作上,恐怕会面临一些困难。”

相比于梁绍修等人,林国范和祝兰二人在这方面要精通得多,因此他们马上就能考虑到很多外行人所不知道的细节。

“飞机在高速飞行过程中遭遇湿冷空气,首先是一个液滴撞击在粗糙固体表面的问题。”

“虽然确实可以用VOF或者LSM法对欧拉网格或者笛卡尔网格化处理之后的机翼表面进行计算,但是对于高速撞击类的大变形问题,数值模拟系统无法保证在所有的网格上都能构造出适定的插值函数,就算强行完成这一步,当网格发生变形时,也难以保证变形后的网格不奇异。”

“更不用说要想在这种情况下求出N-S方程的数值解,计算量也相当夸张,就算用超算恐怕也要几年时间才能完成。”

林国范一大段话说完,旁边的祝兰稍稍帮自己的丈夫打了个圆场:

“或者是小常同志对液固表面相互作用的问题有什么新的想法?这样的话我们倒是可以交流一下研究内容。”

气氛突然在一瞬间陷入了诡异的沉寂。

坐在夫妻俩斜对面的常浩南并没有马上做出反应。

“小常同志?”

祝兰又轻声询问了一句。

常浩南的愣神只是持续了极其短暂的一瞬间便恢复了过来,让祝兰甚至有些怀疑自己刚刚是不是看错了。

“哦,祝教授刚刚说得没错,我确实有一种新的思路,来计算液固高速撞击的表面相互作用情况。”

“啊?”

这下轮到林国范和祝兰二脸懵逼了。

尤其是后者,她刚刚那句话只是为了让自家老公的反驳显得没有那么生硬罢了,并不是真的以为常浩南会对表面物理学有什么深入的研究。

结果人家还真就有?

想到这里,祝兰不由得对面前这个年轻人提起了几分重视,表情也逐渐严肃起来。

实际上,常浩南确实没有。

他刚刚真的险些翻车——

尽管重生之后通过连续完成的几个大项目,已经积攒了260个科研点数,但是人嘛,总是比较贪的。

再加上常浩南这几个月也确实在不依赖系统的情况下,只靠自己的能力完成了不少课题,所以就开始思索着能不能薅一薅系统的羊毛。

在形成一个闭环的思路之后,想要让系统给出更具体的研究方法,那就需要花费科研点数了,而如果时间紧急想直接得到答案,甚至要花10倍点数。

但是在那之前,系统会对常浩南的思路本身进行一个判断,如果不可行,那就会直接提示无法形成闭环,如果可行才会询问是否花费科研点数。

而这个“免费”的功能实际上就已经价值连城。

因为它至少能够确定大的研究方向不会有错。

如果说付费版系统是个有求必应包教包会的完美导师,那么免费版系统就是给了个研究方向之后就不再管你的纯放养导师。

但总比没有强。

所以这一次,常浩南就是利用这种办法确定了自己的思路正确,然后准备看看能不能靠自己和有限的外援解决一个并非自己专长领域的问题。

结果么……

自然是果断花费30个点数重新启动了外挂,随后用一声轻咳掩饰了刚刚大脑接收巨量信息时表现出的一瞬间异常。

然后,他就重新开口了:

“正如林教授刚才所说,VOF法和LSM法基于流体连续性假设,其物理基础都是N-S方程,在应对过冷液滴与固体撞击后结冰的情况时确实有所缺陷。”

“但我们完全可以换一个思路,以牛顿力学方程和耗散-涨落定理为基础,使用多体耗散粒子动力学方法进行这一问题的数值模拟研究。”

“不知道……祝教授觉得如何?”

(本章完)

第154章 普适性积冰生长模型

“多体耗散粒子动力学……”

祝兰重复了一遍这个名词,同时抬手理了一下头发。

这是她在思考时会做的一个无意识动作。

作为一个表面物理学教授,祝兰自然很早就开始接触分子动力学相关的计算模拟了。

其中自然也包括耗散粒子动力学(DPD)——一种在最近几年才被提出的、应对介观粒子运动的数值模拟方法。

但这个多体耗散粒子动力学又是什么?

DPD中的基本粒子本来就不是分子动力学中的单个原子或者分子,而是代表着一个个分子团的粗粒化粒子。

由于省去了分子动力学中对所有分子进行描述的麻烦,系统的自由度大大减少,计算量也随之呈指数级减少,非常适合介观尺度或者具有一定规模的宏观尺度的研究。

不过这个“一定规模”,在分子动力学领域指的也就是100nm,最多不会超过1μm这个数量级。

如果多体的意思是继续扩大研究的尺度,那么就意味着又要增加需要研究的分子团数量,和建立DPD方法的初衷相悖……

无法解开困惑的祝兰最终决定“不耻下问”——她和林国范都不是航空工业系统内部的人,对于常浩南这个名字自然不会有什么印象。

所以在他们看来,面前这个人应该只是182厂主要负责运8除冰装置改进的年轻工程师而已。

至少目前还是这样。

“好吧,你说的多体耗散粒子动力学和我所熟悉的耗散粒子动力学之间有什么关系么,区别又在哪里?”

实际上这个时候,常浩南也刚刚把瞬间涌入自己脑子里面的知识给整理完,关于MDPD的基本原理,他也就只比坐在旁边的祝兰早了大概两分钟知道。

“最大的不同在于,MDPD对状态方程进行了改造,基于此得到了新的控制方程。”

“DPD中的保守力是一个纯排斥作用的力,其大小随着距离的增加而减小,由这样的力控制的粒子会不断地彼此远离并最终充斥整个计算空间,形成一团密度、温度等各项热力学性质均匀的物质。”

说完,常浩南从旁边拿过纸笔,写下了DPD的状态方程。

p=kT+A^2

之所以这么做并不只是为了让林国范和祝兰更容易看懂,也是为了加深常浩南自己的理解,以及顺便把MDPD的理论原理给整理下来。

“这个状态方程里的流体密度的最高次项为二次项,而用于描述液体内部压力的状态方程需要含有流体密度的三次项,故这种形式的状态方程从本质上无法数值模拟带有自由液气界面的流体系统。”

听到这里,祝兰的眼神猛地亮了起来:

尽管常浩南还并没有开始介绍什么新知识,但是他能够把到目前为止还算是前沿理论框架的DPD给讲明白,并且直接点出了其最大的问题所在,显然是真的研究过这个问题,而不是那种只学过1+1=2就想证明哥德巴赫猜想的民科,或者只凭头脑风暴就要大干快上的新手工程师。

如果说刚刚他们夫妻俩还是抱着些许居高临下的眼光,想看看如此年轻的一个工程师能说多少有价值的东西的话。

那么现在,至少已经把常浩南当做是一个可以进行平等学术交流的同行了。

旁边的林国范也是不由自主地坐直了身子:

“所以你刚刚说的新方法可以解决这个问题?”

对于侧重应用向研究的林国范来说,这件事情的意义甚至还要更大一些。

因为DPD的模拟有些过于理想化了,几乎只能被用于气态系统和流体均匀充满整个受限密闭空间的满管系统。

而现实环境中,符合这两种要求的情况属实不多,几乎所有的研究对象都在开放空间之内,并且带有自由液气界面。

“当然。”常浩南用笔在面前的纸上轻轻点了点:

“我在研究文献时发现,通过组合三次样条曲线,对 DPD中的权函数进行改进,可以得到一种能够根据距离不同自由转换吸引和排斥作用的保守力形式,这样就可以保证模型中的粒子能以一定的密度聚集在一起,从而形成类似凝聚态液滴形式的粒子团……”

“在保守力的状态方程中添加流体密度的高次项之后,就得到了MDPD的状态方程。”

常浩南说着在纸上写下了计算流程的最后一步,也就是保守力方程的改造结果:

p=kT+A^2+2Br^4^2(-c)

在完成了最后一个符号之后,他露出了一个满足的笑容,然后轻轻把笔放在一边。

“而基于它的控制方程,是可以对真实液滴进行数值模拟的。”

……

两位金城大学教授毕竟也是有真才实学的,尽管在最初面对一个未知概念时有些茫然,但还是很快抓住了其中的要点。

“只要能够计算出水滴运动轨迹和撞击特性,要得到在固体表面发生相变的过程就比较容易了。”在听懂了常浩南的解释之后,祝兰刚刚一直紧皱着的眉头也逐渐舒展了开来:

“另外,我想后面还需要确定时间迭代以及边界条件设置等一系列算法,这方面……”

显然,在见识到一种全新的动力学理论之后,她已经迫不及待地想要尝试一下其在工程实践中的应用效果了。

“小常同志。”

林国范却直接打断了妻子说到一半的话:

“后面还需要我们两个做些什么,你直接来分配工作吧。”

“MDPD的理论完善,以及具体实现过程所涉及到的算法,可以由我来完成,而飞机除冰装置的具体设计,可以交给梁总师他们。”

常浩南看着面前写满公式的几张纸缓缓说道:

“但我还想把目光放的更长远一点,而不是仅仅盯着运8这一个型号上面。”

“也就是,用这套理论,建立一个能够适应不同环境和翼型,或者不只是机翼,而是任何固体表面的积冰生长模型,这样,后来的使用者只要给出环境的特征因素和研究对象的物理建模,就可以获得对应的冰形生长过程。”

坐在对面的林国范被这样宏大的目标惊得呼吸一滞:

“伱是想要拿出一个在全世界范围内具有普适性的积冰生长预测工具?”

要知道,会受到冰害影响的远不止航空业。

电力、公路、铁路、建筑等各种领域,实际上都在为此而感到困扰。

但由于气候条件的不稳定性,一直以来都很难预测冰害发生的时间、位置和具体形式,自然也谈不上什么预先控制。

往往只能在冰害发生或者即将发生的时候,再派出大量人力去检查和维修。

不仅效率很低,也非常艰苦和危险。

而如果常浩南的野心真能实现,那无论在设计过程还是使用过程中,就都能够做到有的放矢,针对性地做出提前预防。

对于一个气象学家来说,简直是做梦都想要的东西。

“没错。”常浩南点了点头:

“当然,最开始可以不用这么激进,先处理好我国范围内的几个典型场景就好。”

“不过这里面的环境因素相当复杂,比如来流速度、液滴直径、来流水含量、环境温度等等,我对这方面的了解不多,需要由林教授您来负责研究和确定。”

刚才开挂的时候,他用几种不同的表述方法分别尝试了几次,发现如果所有的开发过程都由自己来完成,那要用的科研点数实在太多,所以最后还是选择只让系统指导自己完成其中最有挑战性和开创性的部分。

“没问题,这也正好是我所擅长的部分。”

林国范已经露出一副跃跃欲试的表情:

“另外,全国范围的工作也不是一朝一夕能完成的,很多地方都要实地考察,我可以先把秦岭地区秋冬季的环境因子确定下来,保障你们的定型工作不出问题。”

182厂所处的南郑就位于秦岭地区,并且秋冬季也是机翼结冰最高发的时段。

“呃……那再好不过了。”

刚刚常浩南说到兴头上过于放飞自我,差点忘了给运8F和运8J定型的事情已经要火烧眉毛。

也亏了林国范还记着182厂这边的需求。

“至于祝教授……”

祝兰是一个并不在计划之内的外援,所以常浩南思考了一下才继续说道:

“除了膨胀或者加热这种主动除冰手段之外,让物体表面更不容易结冰也很重要,所以我想测试一下,具有不同表面结构和粗糙度的材料,在防冰能力上具体有什么区别。”

“没问题,正好我们目前正在研究固体表面柱状和半球状微结构对液体浸润性的影响,一些思路和结果完全可以运过来。”

“很好。”常浩南站起身来,同时做了个深呼吸:

“那我们就马上开始吧!”

(本章完)

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