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          仿真咨詢

          技術咨詢正文2
          仿真咨詢是一個系統的工程,它包含一個大前提和三個步驟:
          大前提是任何物理化學現象都是在一定環境下發生的,任何數理模型都有自己適用的前提條件!所以請對宇宙中的規律心懷敬畏,我們只是受規律支配且對其所知甚少的生物。
          三個步驟是1 可用數學物理描述,2 存在合適算法,3 專業的數據解讀。而非通常理解的用一句話描述一個物理現象,然后軟件就可以輸出一切可能的結果。
          唯有落實這三個階段,才能保證得到可靠的仿真結果。

          技術咨詢
          假如把燒開水的過程作為一個仿真項目,我們嘗試用三個步驟去解讀它:

          首先,如果我們要用數學物理語言去描述這個過程,我們需要準確的知道我們要關注什么:水的溫度變化?水的流動狀況?沸騰的時候氣泡產生情況?鍋的溫度變化?鍋的受熱變形?燃燒的化學過程?只做單個物理場計算還是全部都需要做?以怎樣的關系偶合起來?… …等等,在專業嚴謹的技術咨詢過程中,往往越簡單的事情越復雜,因為只言片語根本無法提供有效的數學物理信息。甚至在當上面的問題確定后,還需要提供鍋的形狀尺寸參數,材料參數,水的密度、熱容和熱導率,這還不夠,還需要知道燃燒的放熱功率或者當地的沸點等等。
          換句話說,就是用準確的數理化語言去定義問題。想獲得的是溫度,速度,壓力,體積分數,應力應變中的哪一個?這些物理變量和哪些物性參數相關?對象的幾何結構又是怎樣的?

          其次,目前不存在任何一款軟件可以解決所有的物理化學問題!很多前沿物理問題是不可解的,甚至連很多古老的方程譬如納維爾斯托克斯方程至今都沒有精確的解析解。特定的物理問題存在特定的數值算法,譬如流體的有限體積,固體力學的有限元,離散粒子或者不連續介質的SPH算法,電磁學的有限差分等等,每一種算法都有自己的局限性,而市面上常見的軟件往往是用指定的一種算法編寫而成的,所以特定的物理問題需要選擇特定的軟件,如果說要選擇通用性軟件,必然是要在一定程度上簡化模型的!
          所以說,在選擇軟件之前需要考慮這款軟件是否滿足自己的要求,它的算法是否契合核心物理場?

          最后,專業的數據解讀。假設我們在前兩步完美執行之后,那么代碼或者軟件會給出海量的數據,每個網格節點的坐標,每個坐標點上的物理量大小,怎么去解釋這些物理量的分布規律和變化情況是一個非常需要學科積累,同時對研究者的數學功底也是一個巨大的考研。數據是客觀的,理解確實主觀的。專業的學科背景,扎實的數理基礎以及合適的解讀角度是研究者必須具備的三大要素。

          末了,笛卡爾需要指出:仿真畢竟只是仿真,它的核心價值在于指導設計!仿真無法代替實驗,原因在于仿真不創造描述現實的數理方程!仿真只是借助計算機強大的計算能力去求解方程。我們什么時候需要仿真?當實驗的時間金錢開銷遠遠超過買電腦、買軟件、計算的投入;當實驗規律已知,但需要得到不同情況下實驗結果的時候;當極端環境下無法用活體生物去做實驗的時候;當我們的總結報告只有result沒有discussion的時候,朋友你需要一款仿真軟件。
          二維碼

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