为什么海豚比它数学上应该游得快-实验来支持(或其他)一个理论计算机模型

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简介:海豚为什么游得比它数学上应该游得快-实验以支持(或其他)理论计算机模型

关于:我是一个逃离现代生活的人,现在住在法国海边的森林花园。在积累了20多年的行业经验后,我辞去了管理职位,去攻读工程学学位。好了,我……
“你的理论有多美好,无论你是多么聪明都没关系。如果它不同意实验,那就错了。“
Richard Feynman,康奈尔大学讲座1964年

我在工业界和学术界都有工程背景。1993年,我回到大学,和一个团队一起工作,他们自己正在研究一个概念的理论和计算机模型,这个概念最早是由亚里士多德在2000多年前提出的。然而,直到20世纪50年代,人们才开始对模拟海豚皮的减阻特性进行实验研究。该团队正在寻找一名研究工程师,具有学术和工业背景,能够从头开始,在实验室设置的水箱中设计并进行物理实验。目的是最终证明或推翻海豚似乎有能力控制湍流的理论。该计划也将成为博士学位¹和进一步博士后研究的核心。

¹。J. Colley,“在水中具有柔顺特性的旋转圆盘上方的边界层流动的实验研究”,1997。

1 .水箱应该多大?

这是我被问到的第一个问题。第二个是'......以及有多深?“

例如,以前进行的两项主要试验是:

1.太平洋——一个非常大的坦克,(克莱默,1957)

2.拖车,长四分之一英里。(加油器,1987)

因此,我的实验首先要考虑的是计算,换句话说,我必须按比例从太平洋上缩小。

通常,实验从上述简单的问题开始,在这种情况下,我们可以使用基本流体动力学方程来解决这些看似抽象的概念,以便能够创建设备的规格。利用获得的计算结果,得出了测量所有重要现象所需的设备和传感器类型的基本初始设计参数和材料要求。

参与上述考虑因素是承诺支撑装置的压力计算,其水量,仪器的支撑结构足够刚性,无论是静态还是动态。

在这个过程中,我花了几个月的时间阅读之前的文献,并在相关领域发表了新的文章。这也是由于它作为一种涂层有潜在的商业应用的话题。因此,减小阻力可以同时降低时间和能量消耗。

第二步:使用AutoCad进行工程制图

一旦我具备设计参数,那么必要时,如在所有建筑物中,为大学车间提供图纸。我使用Autodesk的AutoCAD®版本12,13和14创建了188bet比分所有图纸。

之所以这样做,是因为部门制图员工作忙得不可开交,甚至连开始绘制图纸的时间都将使实验至少推迟一年。

在承担这一点时,我学到了我制作的机器的巨大量,简单但真实,有助于能够向参与过程中参与技术人员传达我的要求。

在行业中,我不会获得这种经验,因为这一角色将由绘图办公室进行。

步骤3:使用以前的经验-故障排除

在学术环境中进行的实验往往会凸显出它与商业世界之间的脱节。我的行业背景帮助我削减交货时间和成本的第一个方法是,我知道“如何找到现成的东西”。在这种情况下,是油罐的机械密封,该团队曾考虑在现场设计和制造,但可以从外部采购,成本较低,并在48小时内交付。

还有专业仪器仪表的问题,如探头和数据采集设备,这些来自工业,我可能更了解“切割和推力”的行为,当投标提交。尤其是当人们认为大学拥有无底洞的钱包时。

第4步:建设和调试设备

一旦所有的部件都达到了我的要求,它们都被运送到实验室进行组装,同时我正在编写用于测试设备的控制软件。

我的研究是研究旋转圆盘表面上存在的边界层内不稳定性的发展,我需要使用称为“热膜风速计探头”的传感器。

需要考虑的一个重要因素是,由于这些设备的单价约为600美元,尺寸和钢笔笔尖差不多,而且非常脆弱,控制软件必须能够以5µm±0.5µm的精度移动探针支架,并且为了校准的目的,可以将探针加速到3m/s,并在容器直径内回到0m/s。

软件的其余部分必须控制主电机转速,并为数据采集提供触发信号。

第5步:初始实验试验

与任何实验一样,能够证明该设备令人满意地且幸运的是,在空中,在空中,可以比较我的结果(Wilkinson和Malik,1985)。

这些结果证实了设备工作正常,并且我们能够达到研究的真正目的。

第六步:制作假海豚皮肤-创造不可能

为了完成实验,有必要制造一种柔性表面,我们的计算机模型所表明的表现为与海豚皮肤的类似方式。

这一建议是,根据模型,这应该比水更少,但没有这样的材料或者可以实际倒入然后进行测试。水。

这种情况的类比可以使用“天空钩”进行比较,计算机模型在抽象环境中工作,与现实世界无关。然而,这并不意味着假设是错误的,这只是模型所建议的材料仅仅是一个数字或参数,其无法实际上在物理实验中使用。

在这部分实验中,必须妥协和最初测试更多的“刚性”材料。这是一种硅橡胶,可以通过在固化之前加入硅油来改性。这实际上觉得皮肤柔软和弹性。

与所有实验一样,该表面的制造在现实世界中有许多复杂因素,其中最重要的是产生最小粗糙度的平面,与调试表面(玻璃盘)相当。因此,我们不会在实验中引入太多的变量。

在上面你可以在浇注后看到皮肤。它在边缘含有几个气泡,但由于探头将从更接近的中心采取样品,这是不重要的。

另外两个图像是弹性模量试验机的图像,它的创建也是实验的一部分。

步骤7:修改设备

在分析了第一组实验的结果后,我们发现我们所寻找的现象是存在的,但大多数信号都是非常“嘈杂”的,因此这一系列的结果并不像最初希望的那样有效。

为此,我决定了两项重大改进:

首先是通过在坦克中创建护罩而不是在坦克中的盖子(上述图像)来排列装置,以将无关的“嘈杂”流入在调查中的区域中

...第二个是进行实验的方法,也就是在周末的时候获取数据,当时大楼里没有其他机器在运行。这意味着周六和周日通宵工作。

步骤8:修改后的结果比较

以上显示在修改之前和在刚性(玻璃)和柔顺的圆盘(硅胶)上的修改之后的比较。

兼容光盘上的引人注目的红色区域是从计算机模型预测的低频干扰,并且从未观察过。


步骤9:结语

这里的实验与七年博士和后博士工作有关,展示了一个非常简短的摘要,并且是实现许多科学家历史数千年工作的验证的一步,一直返回亚里士多德。在这一领域的实验仍然是持续的,我们每个人的每个人都取得了个人贡献。这可能是科学研究的真正性质,它是一种合作,每个人都将他们的特定技能整体带来。

在做这项研究的过程中,我学到了很多,不仅仅是流体力学方面的知识,我所获得的知识以及获取这些知识的过程至今对我仍有不可估量的益处。

希望你也喜欢它!

干杯,安迪

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