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第二百九十七章:為等離子體湍流建模(1 / 2)

b/b/div送走了戴維·麥格米倫這位普林斯頓的化學係主任後,徐川重新將精力放回了對超高溫等離子體控製上。

這份工作的本質,實際上是對湍流建立一個數學模型。當然,更實際一點,可以說是對等離子體湍流的現象進行研究。

其實如果就難度來說,對等離子體湍流的現象進行研究並不比研究一個七大千禧年難題簡單多少。

首先湍流是有名的混沌體係,也是令諸多物理學家、數學家一籌莫展的問題之一,更彆提湍流中的等離子體湍流了。

而他要研究的,還不僅僅是等離子體湍流,更是可控核聚變反應堆腔室中的超高溫等離子體湍流,難度湍流的基礎上拔高了近兩個量級。

儘管目前來說他已經對n方程做了大幅度的推進,在理論上有了一個基礎,但想要解決這個問題,依舊難如登天。

數學方麵對湍流和n方程的研究不說,他即便不是第一人,也能排到前三。

關鍵在於應用,目前在湍流和等離子體流體的應用層麵上,大多數做出來的成果都是摻雜了實驗經驗和一些實驗參數的。

比如普林斯頓的ppp等離子體實驗室,就有一套屬於自己的唯像模型,請普林斯頓高等研究院中的數學家和物理學家針對ppp設備做出來的。

這也是普林斯頓能為米國其他研究可控核聚變的實驗機構提供幫助的原因。

而想要從數學理論上出發,拋開這些實驗經驗和實驗參數來建立一個統籌模型,難度不是一般的大。

南大,徐川坐在自己的辦公室中,手中的黑色圓珠筆在稿紙上塗塗改改的。

【μi(t)=1/t∫t+tvt0μi~(t)dt】

【μi(t)=it→∞1/t∫t+tvt0μi~(t)dt】

對於一道湍流而言,目前數學界最常用的方法就是通過統計平均法統計平均方法來做湍流研討的開場。

在過去數學家研究湍流時,曾將不規則的流場分解為平均場和不脈動場,同時也引出了封鎖雷諾方程的世紀難題。

而湍流的隨機性統計平均方法是處置湍流流動的根本手段,這是由湍流的隨機性所決議的。

他現在所做的,就是先從平均場和不脈動場進行出發,分彆嘗試用數學語言來解釋兩者,並做一個關聯。

從這一步出發,或許能完成針對等離子體湍流的模型。

畢竟湍流再複雜,其問題本身從物理學的角度上來說,也不過是主要來源於‘外部環境乾擾’和‘本身經典複雜性’兩大方麵。

外部環境乾擾很容易理解,就好比一台車行駛在高速公路上的時候,自身的形狀,風阻等因素都會在車尾帶來渦流。包括如果在行駛過程中旁邊如果有大卡車或者其他車輛經過時,都會形成更複雜湍流體係。

這也是頂級跑車或者賽車會追求車輛的極致外形和極致的流體動力學的原因,因為湍流的存在會增加風阻,消耗更多的動力和降低速度。

當然,這同樣是流體力學應用於實際工業的表現。

至於本身的經典複雜性,這則出自經典物理。

在經典物理中,有一種名為‘還原論’的方法,這是九年義務教育中高中時期的內容。

那時候我們學習到物理,會告訴你牛頓定律是從質點出發的,而庫侖定律從點電荷出發的,畢奧薩法爾定律是從電流元出發的,振動波動從簡諧振子出發

由簡入繁,層層深入,達到理解物質世界的目的。

從牛頓開始,人們堅信,包括浩渺無窮的宇宙都是可以計算的。這就是所謂的計算主義+還原論。

計算主義者認為連人性都是可以計算的,這一點甚至影響到今天人工智能的發展。

而還原論則是將物質一點一點的細分成基本單位,再從基本組元之間的相互作用規律出發建立運動的演化方程。

這聽起來似乎很簡單,也很容易理解。

但要想從基本組元重構演化方程談何容易?

就像是高速公路上行駛的汽車一樣,它每時每刻都在產生和湮滅渦流和湍流。

尤其是在汽車的尾部,情況更加嚴重,一輛行駛在高速公路上的汽車,光是自身行駛帶來的空氣流,最少都包含100000000000個微流單元。

而如果是恰好身邊有其他車輛經過時,這個數量會再提升數個量級,少說也能到達十萬億級彆的數量。

要對這麼多的微流單元結構做分析,還要考慮這些微流單元彼此之間互相造成的擾動,合並成的中大型微流單元,以及消散掉的微流單位,以及每時每刻都在新形成的微流單元。

相信我,對這麼多的微流單元進行分析,絕對不是你能在市麵上買到的任何計算機能搞定的。

哪怕是超級計算機,也做不到實時分析,因為數據量實在太大了。

而如果要想對這些東西做分析處理,唯一的辦法就是建立仿真模擬,俗稱fd。

其基本原理是數值求解控製流體流動的微分方程,得出流體流動的流場在連續區域上的離散分布,從而近似地模擬流體流動情況。

這項技術如今其實已經被廣泛的用於了各行各業。

從能動的汽車、飛機、火箭,到不能動的高樓大廈、建築通風,日常的空調、冰箱等等,全都有它的痕跡。

不過絕大部分的時候,fd仿真模擬能得到的結果差彆很大。

且不說不同fd方法建立起來的仿真模擬,就是用同一種方法對同一個物體,比如飛機行駛建立起來的仿真模擬都有不同差彆的結果。

就好比國內與國外的飛機,並不僅僅差距在發動機上一樣,對於流體動力學的應用,也同樣有著一段相當明顯的距離。

這種差距主要體現在飛機應對危險狀況時的反應力,動態平衡等方麵。

比如遇到雷暴天氣和風暴時,飛機能迅速通過電腦完成對機身平衡的調節。

亦或者體現在戰鬥機在做那些超高難度動作時,駕駛員對飛機的掌控力等等。彆小看那些劃過機身表麵的流體和湍流,它們對飛機的平衡影響還是相當大的。

而n方程之所以被無數數學家和物理學家們追求的原因就在於這裡。

通過對它的求解,每一個階段性的成果,都能在未來極大程度的提高人類對於流體的理解。

這些東西能轉變成數學模型亦或者其他東西,輔助提升人們對於流體的控製以及應用。

隨著對研究的深入,徐川開始全身心的投入進去。

就連研究地址也從南大辦公室搬回了彆墅,學校中那些才享受了他上課沒幾天的學子們就再次斷了供。

對於可控核聚變反應堆腔室中的超高溫等離子體來說,不管是目前主流的托卡馬克裝置也好,還是仿星器也好,亦或者球形的nif點火設備也好,裡麵的等離子體都處於有限的空間中。

而在n方程的階段性成果基礎上,他開始一點點的整理他從普林斯頓那邊帶回來的ppp的實驗數據,然後將其代入進去,為數學模型的建立做準備。

這是項相當繁瑣的工作,但徐川卻發現,這項工作似乎並沒有想象中那麼的難。

他原本已經做好了在這份工作上卡上幾個月甚至一年半載的準備的。但現在,他有些驚訝的發現,截止到目前為止,他的推進似乎都還挺順利的。

看著書桌上的稿紙,徐川嘴邊帶著一絲笑容“看來並沒有那麼難的樣子,或許很快就能搞定這個難題了!”

充滿動力的他,再度投入了到了研究中。



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