張阿漫教授在上課
生活報訊 (朱虹 記者呂曉艷) 記者從哈爾濱工程大學(xué)獲悉,日前,我國開展的水下大尺度高壓氣泡試驗取得圓滿成功,哈爾濱工程大學(xué)張阿漫教授創(chuàng)立的氣泡統(tǒng)一方程作為本次試驗的核心理論,再次得到驗證。今年3月,這一方程發(fā)表于國際流體力學(xué)期刊《流體物理》,在氣泡動力學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了波及深遠(yuǎn)的沖擊效應(yīng)。
住進(jìn)實驗室 十年耕耘探明規(guī)律
(相關(guān)資料圖)
1917年、1949年,諾貝爾物理學(xué)獎獲得者瑞利和科學(xué)家普勒賽特等人先后建立并完善了不可壓縮流場中單氣泡脈動方程,但該方程僅預(yù)測了理想狀態(tài)下的氣泡運動規(guī)律。1956年,美國科學(xué)院院士凱勒等人在瑞利方程基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了可壓縮流場中單氣泡脈動方程,被廣泛應(yīng)用。
18年前,張阿漫在研究水下大尺度氣泡動力學(xué)行為時,發(fā)現(xiàn)經(jīng)典氣泡方程的理論預(yù)測結(jié)果與物理實驗之間仍存在較大偏差,為了找到其中的原因,張阿漫住進(jìn)了實驗室。
2006年至2016年,張阿漫不斷加深對氣泡的認(rèn)識,逐漸發(fā)現(xiàn)了前兩個方程的局限性:“氣泡在水中不僅會原地脈動,還會受到邊界、多氣泡、重力、環(huán)境流場等物理因素的嚴(yán)重影響,發(fā)生可壓縮遷移運動,要想更精確探尋氣泡運動規(guī)律,就要搞清楚氣泡在可壓縮性流場中的遷移效應(yīng)?!?/p>
筆記超15萬字
獨創(chuàng)方程獲重大突破
張阿漫希望通過數(shù)學(xué)公式解釋氣泡運動的物理現(xiàn)象,將影響氣泡運動的所有復(fù)雜物理因素統(tǒng)一到一個方程中。起初,張阿漫也如他人一樣,在前人的方程上不斷做修復(fù),但總是事與愿違。于是,他有了大膽的想法:開辟新思路,開創(chuàng)屬于自己的氣泡動力學(xué)方程!數(shù)年來,張阿漫總是隨身攜帶筆記本,一有好的想法就記下來,筆記超過15萬字,推導(dǎo)公式的演算紙摞起來常常有半米高。
終于,張阿漫以更高效率和質(zhì)量推演出了一個簡潔、優(yōu)美、對稱的方程,經(jīng)過不同源、不同尺度和不同環(huán)境下的上百次氣泡實驗,證實了該方程的精確性和優(yōu)越性?!皬埌⒙淌谶@一方程擺脫了傳統(tǒng)方程的限制,是氣泡理論上的重大突破,在海洋、機(jī)械、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域均具有重要的理論和應(yīng)用價值?!蔽錆h大學(xué)季斌教授表示。
研究成果助力
找出下一個“南海”
研究氣泡理論18年的張阿漫初心從未改變,要服務(wù)于國家戰(zhàn)略。氣泡統(tǒng)一方程不僅能在理論上更加精準(zhǔn)地預(yù)測氣泡動力學(xué)行為,還能作為指導(dǎo)實驗的數(shù)學(xué)方程,預(yù)測新的物理現(xiàn)象,尤其在深??碧?、水下氣泡動力學(xué)、跨介質(zhì)動力學(xué)等領(lǐng)域,都能發(fā)揮重要作用。
深??碧绞菄摇昂Q髲?qiáng)國”戰(zhàn)略的重要組成部分,近期,在我國南海某海域,以氣泡統(tǒng)一方程為核心理論指導(dǎo)的深??碧皆囼炚谶M(jìn)行,自主研發(fā)的高壓氣槍在物探船的牽引下,呈現(xiàn)出經(jīng)過方程精準(zhǔn)計算過的列陣。高壓氣槍陣列向海底精準(zhǔn)發(fā)出壓力波,通過對回彈反射波的分析,實驗人員可以測算出海底是否有可燃冰、石油等珍貴海洋資源。據(jù)張阿漫介紹,哈爾濱工程大學(xué)目前正在設(shè)計研發(fā)超深??碧降男滦偷皖l大容量高壓氣槍。“低頻氣槍意味著可以探測得更深更遠(yuǎn),獲得高精度的反射波信號,幫助我們在南海下面再找出一個‘南?!??!?/p>