流体力学实验的一个新想法——基于材料的CFD技术

北羽

传统的流体力学实验，特别是风洞试验，能耗高，噪声大。为了克服这些不足，个人有如下不成形的想法，希望和各位探讨。
1、传统实验模拟的流场介质是真实的流体介质（比如空气），因此需要风洞来给气体加速加压。如果我们采用的介质不是空气，那么我们是不是就可以抛开风洞。
2、如果介质不是空气，那他应该有什么样的性质。首先，我觉得它必须满足流体控制方程（比如NS方程），只不过它的各种物理量可能不能再按空气来理解。其次，这种材料可以通过输入电信号或者磁信号来等效初始流场的作用（比如液晶材料，可以通过电信号来产生不同的状态）。
3、假设存在这么一种材料，它如同橡皮泥。如果我们只关心模型附近1m的流场，我们就可以用这种材料将模型包裹在1m的方盒子内，通过外界电场或磁以及模型本身对材料的作用，我们就可以得到材料各个晶格单元采集出来的场变量，这样间接得到模型周围的全部流场信息。
4、这种实验的好处还在于，传统的各种测量手段也可以避免。唯一需要的就是计算机对从材料每个晶格采集的数据做处理和显示即可。
5、这种实验也可以认为是数值实验（CFD）的“真实化”，即将计算机求解控制方程的过程移交给满足控制方程的材料本身。这样可以更真实地模拟流动状态，而不担心截断误差和机器误差之类的问题。

onesupeng

类似的技术很早就有应用了。但是满足N-S方程的非流体物质目前应该没有找到，但电磁学里面、线弹性固体静力学里面有。我一下子想不出具体例子，有机会发给你看看。

北羽

非常感谢。如果能具体了解这方面的应用，那唯一剩下的问题就是寻找材料了。

onesupeng

对于风洞实验，得看具体问题，不同问题近似控制方程差异很大，比如某些低速流动用水洞代替，某些势流可能可以用电磁场代替等。最重要的途径是首先提出数学近似，然后用“能用该数学描述的其他物理过程”（要求某些操作更简单）来代替目标过程。

但是对于高速，如跨声速、超声速，寻找到替代过程的可能性微乎其微。世界顶级科学家、工程师比我们任何人更想找这样的东西，西安一个低速全机吹风，整个城市灯得暗下来，可见技术难度和能源消耗相当大~ CFD在某些时候就是用来减少实际吹风的次数的

通流

这里，无量纲参数的作用就可以充分体现了。

楼主说：唯一剩下的问题就是寻找材料了。
也许这是超级难的事情。要从现有材料中寻找具有合适特性的材料，基本是碰运气。而要创造具有某些特性的材料，目前还是刚起步。

北羽

正如onesupeng所说，“世界顶级科学家、工程师比我们任何人更想找这样的东西”，而且目前还没找到，由此可见实现起来的困难。
不过，真希望科学界在这方面有所突破，也希望论坛里的同志们多多关注和探索，这种成果带来的效益应该是很值得的。

通流

能够找到，当然好。这可是有得炸药奖的工作。

yuren2

这个想法很了不起，美国一直在光纤晶做风洞激波实验。但国内很多人都不承认有用。几乎没有什么开展工作。现在这个美国科学家在广东。可以通过装备部联系上。光纤材料的激波，理论探讨可以在俄罗斯，德国研究结果找到

yuren2

这个想法很了不起，美国一直在光纤晶做风洞激波实验。但国内很多人都不承认有用。几乎没有什么开展工作。现在这个美国科学家在广东。可以通过装备部联系上。光纤材料的激波，理论探讨可以在俄罗斯，德国研究结果找到，电磁学里面有种推迟势的算法。就是算空气动力激波的。