第154章 普適性積冰生長模型

  “多體耗散粒子動力學……”

  祝蘭重複了一遍這個名詞，同時抬手理了一下頭髮。

  這是她在思考時會做的一個無意識動作。

  作為一個表面物理學教授，祝蘭自然很早就開始接觸分子動力學相關的計算模擬了。

  其中自然也包括耗散粒子動力學（DPD）——一種在最近幾年才被提出的、應對介觀粒子運動的數值模擬方法。

  但這個多體耗散粒子動力學又是什麽？
  DPD中的基本粒子本來就不是分子動力學中的單個原子或者分子，而是代表著一個個分子團的粗粒化粒子。

  由於省去了分子動力學中對所有分子進行描述的麻煩，系統的自由度大大減少，計算量也隨之呈指數級減少，非常適合介觀尺度或者具有一定規模的宏觀尺度的研究。

  不過這個“一定規模”，在分子動力學領域指的也就是100nm，最多不會超過1μm這個數量級。

  如果多體的意思是繼續擴大研究的尺度，那麽就意味著又要增加需要研究的分子團數量，和建立DPD方法的初衷相悖……

  無法解開困惑的祝蘭最終決定“不恥下問”——她和林國范都不是航空工業系統內部的人，對於常浩南這個名字自然不會有什麽印象。

  所以在他們看來，面前這個人應該只是182廠主要負責運8除冰裝置改進的年輕工程師而已。

  至少目前還是這樣。

  “好吧，你說的多體耗散粒子動力學和我所熟悉的耗散粒子動力學之間有什麽關系麽，區別又在哪裡？”

  實際上這個時候，常浩南也剛剛把瞬間湧入自己腦子裡面的知識給整理完，關於MDPD的基本原理，他也就隻比坐在旁邊的祝蘭早了大概兩分鍾知道。

  “最大的不同在於，MDPD對狀態方程進行了改造，基於此得到了新的控制方程。”

  “DPD中的保守力是一個純排斥作用的力，其大小隨著距離的增加而減小，由這樣的力控制的粒子會不斷地彼此遠離並最終充斥整個計算空間，形成一團密度、溫度等各項熱力學性質均勻的物質。”

  說完，常浩南從旁邊拿過紙筆，寫下了DPD的狀態方程。

  p=kT+A^2
  之所以這麽做並不只是為了讓林國范和祝蘭更容易看懂，也是為了加深常浩南自己的理解，以及順便把MDPD的理論原理給整理下來。

  “這個狀態方程裡的流體密度的最高次項為二次項，而用於描述液體內部壓力的狀態方程需要含有流體密度的三次項，故這種形式的狀態方程從本質上無法數值模擬帶有自由液氣界面的流體系統。”

  聽到這裡，祝蘭的眼神猛地亮了起來：

  盡管常浩南還並沒有開始介紹什麽新知識，但是他能夠把到目前為止還算是前沿理論框架的DPD給講明白，並且直接點出了其最大的問題所在，顯然是真的研究過這個問題，而不是那種隻學過1+1=2就想證明哥德巴赫猜想的民科，或者隻憑頭腦風暴就要大乾快上的新手工程師。

  如果說剛剛他們夫妻倆還是抱著些許居高臨下的眼光，想看看如此年輕的一個工程師能說多少有價值的東西的話。

  那麽現在，至少已經把常浩南當做是一個可以進行平等學術交流的同行了。

  旁邊的林國范也是不由自主地坐直了身子：

  “所以你剛剛說的新方法可以解決這個問題？”

  對於側重應用向研究的林國范來說，這件事情的意義甚至還要更大一些。

  因為DPD的模擬有些過於理想化了，幾乎只能被用於氣態系統和流體均勻充滿整個受限密閉空間的滿管系統。

  而現實環境中，符合這兩種要求的情況屬實不多，幾乎所有的研究對象都在開放空間之內，並且帶有自由液氣界面。

  “當然。”常浩南用筆在面前的紙上輕輕點了點：
  “我在研究文獻時發現，通過組合三次樣條曲線，對 DPD中的權函數進行改進，可以得到一種能夠根據距離不同自由轉換吸引和排斥作用的保守力形式，這樣就可以保證模型中的粒子能以一定的密度聚集在一起，從而形成類似凝聚態液滴形式的粒子團……”

  “在保守力的狀態方程中添加流體密度的高次項之後，就得到了MDPD的狀態方程。”

  常浩南說著在紙上寫下了計算流程的最後一步，也就是保守力方程的改造結果：
  p=kT+A^2+2Br^4^2(-c)
  在完成了最後一個符號之後，他露出了一個滿足的笑容，然後輕輕把筆放在一邊。

  “而基於它的控制方程，是可以對真實液滴進行數值模擬的。”

  ……

  兩位金城大學教授畢竟也是有真才實學的，盡管在最初面對一個未知概念時有些茫然，但還是很快抓住了其中的要點。
    “只要能夠計算出水滴運動軌跡和撞擊特性，要得到在固體表面發生相變的過程就比較容易了。”在聽懂了常浩南的解釋之後，祝蘭剛剛一直緊皺著的眉頭也逐漸舒展了開來：
  “另外，我想後面還需要確定時間迭代以及邊界條件設置等一系列算法，這方面……”

  顯然，在見識到一種全新的動力學理論之後，她已經迫不及待地想要嘗試一下其在工程實踐中的應用效果了。

  “小常同志。”

  林國范卻直接打斷了妻子說到一半的話：
  “後面還需要我們兩個做些什麽，你直接來分配工作吧。”

  “MDPD的理論完善，以及具體實現過程所涉及到的算法，可以由我來完成，而飛機除冰裝置的具體設計，可以交給梁總師他們。”

  常浩南看著面前寫滿公式的幾張紙緩緩說道：

  “但我還想把目光放的更長遠一點，而不是僅僅盯著運8這一個型號上面。”

  “也就是，用這套理論，建立一個能夠適應不同環境和翼型，或者不只是機翼，而是任何固體表面的積冰生長模型，這樣，後來的使用者只要給出環境的特征因素和研究對象的物理建模，就可以獲得對應的冰形生長過程。”

  坐在對面的林國范被這樣宏大的目標驚得呼吸一滯：
  “伱是想要拿出一個在全世界范圍內具有普適性的積冰生長預測工具？”

  要知道，會受到冰害影響的遠不止航空業。

  電力、公路、鐵路、建築等各種領域，實際上都在為此而感到困擾。

  但由於氣候條件的不穩定性，一直以來都很難預測冰害發生的時間、位置和具體形式，自然也談不上什麽預先控制。

  往往只能在冰害發生或者即將發生的時候，再派出大量人力去檢查和維修。

  不僅效率很低，也非常艱苦和危險。

  而如果常浩南的野心真能實現，那無論在設計過程還是使用過程中，就都能夠做到有的放矢，針對性地做出提前預防。

  對於一個氣象學家來說，簡直是做夢都想要的東西。

  “沒錯。”常浩南點了點頭：

  “當然，最開始可以不用這麽激進，先處理好我國范圍內的幾個典型場景就好。”

  “不過這裡面的環境因素相當複雜，比如來流速度、液滴直徑、來流水含量、環境溫度等等，我對這方面的了解不多，需要由林教授您來負責研究和確定。”

  剛才開掛的時候，他用幾種不同的表述方法分別嘗試了幾次，發現如果所有的開發過程都由自己來完成，那要用的科研點數實在太多，所以最後還是選擇隻讓系統指導自己完成其中最有挑戰性和開創性的部分。

  “沒問題，這也正好是我所擅長的部分。”

  林國范已經露出一副躍躍欲試的表情：

  “另外，全國范圍的工作也不是一朝一夕能完成的，很多地方都要實地考察，我可以先把秦嶺地區秋冬季的環境因子確定下來，保障你們的定型工作不出問題。”

  182廠所處的南鄭就位於秦嶺地區，並且秋冬季也是機翼結冰最高發的時段。

  “呃……那再好不過了。”

  剛剛常浩南說到興頭上過於放飛自我，差點忘了給運8F和運8J定型的事情已經要火燒眉毛。

  也虧了林國范還記著182廠這邊的需求。

  “至於祝教授……”

  祝蘭是一個並不在計劃之內的外援，所以常浩南思考了一下才繼續說道：

  “除了膨脹或者加熱這種主動除冰手段之外，讓物體表面更不容易結冰也很重要，所以我想測試一下，具有不同表面結構和粗糙度的材料，在防冰能力上具體有什麽區別。”

  “沒問題，正好我們目前正在研究固體表面柱狀和半球狀微結構對液體浸潤性的影響，一些思路和結果完全可以運過來。”

  “很好。”常浩南站起身來，同時做了個深呼吸：
  “那我們就馬上開始吧！”

  (本章完)