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我现在在牛津大学攻读空气动力学博士,今年是最后一年,处在研究的收尾阶段。通常,当亲戚朋友们问我到底是“干什么的”的时候,我会把自己定义为一个“工业推动者”,即解决机器的动力问题,从而在广义上推动工业的发展。具象来说,我的研究方向为应用在飞行器的发动机,所以我也会把自己定义为一个“航天航空人”。
空气动力学,与我们平常认知的“运动学”没有关系,因为运动学是在没有力的情况下的运动,而动力学,则是在有力的情况下发生的运动。这个专业主要应用于航天器的设计,比如现在的民航飞机、军队战斗机的发动机的叶片设计等,都是空气动力学的应用范畴。目前,中国1/5的电力都靠燃气机发电,一些大型的军舰也需要配备燃气轮机,而这些燃气机的发电设计就是由我们来设计完成的。除了燃气发电机,我们也可以应用这门学科设计风力发电机,比如风车。对,就是那种效率比较低的风力发电机。它绿色环保,在发电机的不断进化和改善下,风车也可以不断发挥其最大效用。同时,一些大型的发电厂也会应用这个原理来设计和运作:发电机可以为一些靠风力发电、太阳光发电的发动机提供能量备份。因为电网是有起伏的,这种起伏对电力的供应有很大的冲击。像风力、日照类的能量具有不稳定性,比如,白天的时候有太阳,可是晚上就没有了;风力也是一样,有风的时候有电,没风的时候,风机的发电量就会很小。这种输电量的起伏会对电厂产生很大的影响。为了保证不出现这种电网的大起大落,可以把燃气机作为一个电力的备份。当输出的电量小时,燃气机会持续补充电力,使电网始终保持一个平稳的电峰,维持电网的健康。
具体而言,我的研究方向是做流体计算的。流体,即流动的物体,我们熟知的气体、液体等都是流体。比如现在医生做外科手术时,可以利用机器模拟血液的运动,预测心脏哪里有梗塞——这就是流体计算的结果。流体计算最直观的体现就是天气预报,它的观测原理就是在各个地点把观测数据上报,通过计算风、雨、气压等的变化和运动,就可以预测天气了。天气预报之所以难以精确,难度在于计算的时间很长。每一次观测的数据可能有成百上千个GB,而气象学家需要在如此海量的数据中解读出有用的信息,可谓难上加难。从边界条件上来说,目前的人力对边界的检测是很有限的,从几个有限的气象站中获得的数据,从整体上看,不过是一个城市的几个点而已。但流体计算是整个三维空间里所有区域的整体计算,任何一点数据的缺失都会影响最终计算结果。所以,天气变化的走向非常不确定,因为其本身物理模型建立的信息输入就是不完整的,即便我们实现了完整的信息输入,这个模型在计算的过程中也会产生误差。比如我们要预测一个城市的天气,该城市面积很大,每一寸面积的上空都有流体的运动,加上水变成雨雪冰的过程,综合起来就是一个无比复杂的大型计算,以目前的技术来讲,太难实现精确预测。如果这一项技术在未来可以达到精确,人类就可以非常轻易地控制天气,只要把想要的流体放在想放的位置,并改变一些条件,就可以真正实现“翻手为云,覆手为雨”了。
结合我的专业,流体计算就是通过推演,提高发动机的效率,让它转得更快更好。以普通民航的发动机叶片为例,当叶片转起来时,发动机会升温至3000℃,压力是大气的5至几十倍。这时的发动机叶片就相当于一根普通的蜡烛,在一个巨大的油锅里以每秒300米的速度转动,同时还要承受和太阳表面一样的温度和压强,而我们的研究和工作,就是保证这根
空气动力学,与我们平常认知的“运动学”没有关系,因为运动学是在没有力的情况下的运动,而动力学,则是在有力的情况下发生的运动。这个专业主要应用于航天器的设计,比如现在的民航飞机、军队战斗机的发动机的叶片设计等,都是空气动力学的应用范畴。目前,中国1/5的电力都靠燃气机发电,一些大型的军舰也需要配备燃气轮机,而这些燃气机的发电设计就是由我们来设计完成的。除了燃气发电机,我们也可以应用这门学科设计风力发电机,比如风车。对,就是那种效率比较低的风力发电机。它绿色环保,在发电机的不断进化和改善下,风车也可以不断发挥其最大效用。同时,一些大型的发电厂也会应用这个原理来设计和运作:发电机可以为一些靠风力发电、太阳光发电的发动机提供能量备份。因为电网是有起伏的,这种起伏对电力的供应有很大的冲击。像风力、日照类的能量具有不稳定性,比如,白天的时候有太阳,可是晚上就没有了;风力也是一样,有风的时候有电,没风的时候,风机的发电量就会很小。这种输电量的起伏会对电厂产生很大的影响。为了保证不出现这种电网的大起大落,可以把燃气机作为一个电力的备份。当输出的电量小时,燃气机会持续补充电力,使电网始终保持一个平稳的电峰,维持电网的健康。
具体而言,我的研究方向是做流体计算的。流体,即流动的物体,我们熟知的气体、液体等都是流体。比如现在医生做外科手术时,可以利用机器模拟血液的运动,预测心脏哪里有梗塞——这就是流体计算的结果。流体计算最直观的体现就是天气预报,它的观测原理就是在各个地点把观测数据上报,通过计算风、雨、气压等的变化和运动,就可以预测天气了。天气预报之所以难以精确,难度在于计算的时间很长。每一次观测的数据可能有成百上千个GB,而气象学家需要在如此海量的数据中解读出有用的信息,可谓难上加难。从边界条件上来说,目前的人力对边界的检测是很有限的,从几个有限的气象站中获得的数据,从整体上看,不过是一个城市的几个点而已。但流体计算是整个三维空间里所有区域的整体计算,任何一点数据的缺失都会影响最终计算结果。所以,天气变化的走向非常不确定,因为其本身物理模型建立的信息输入就是不完整的,即便我们实现了完整的信息输入,这个模型在计算的过程中也会产生误差。比如我们要预测一个城市的天气,该城市面积很大,每一寸面积的上空都有流体的运动,加上水变成雨雪冰的过程,综合起来就是一个无比复杂的大型计算,以目前的技术来讲,太难实现精确预测。如果这一项技术在未来可以达到精确,人类就可以非常轻易地控制天气,只要把想要的流体放在想放的位置,并改变一些条件,就可以真正实现“翻手为云,覆手为雨”了。
结合我的专业,流体计算就是通过推演,提高发动机的效率,让它转得更快更好。以普通民航的发动机叶片为例,当叶片转起来时,发动机会升温至3000℃,压力是大气的5至几十倍。这时的发动机叶片就相当于一根普通的蜡烛,在一个巨大的油锅里以每秒300米的速度转动,同时还要承受和太阳表面一样的温度和压强,而我们的研究和工作,就是保证这根