三个薄小叶打开，血液通过人工心脏瓣膜爆破，中心流发射红色和黄色，颜色表明流速高达125厘米/秒。当小叶猛烈关闭时，流动变成淡蓝色漩涡，表明血流几乎停止。
然后，爱荷华州立大学机械工程助理教授Ming-Chen Hsu在他的电脑上搜索了另一个视频并点击了播放。
这次风力涡轮机叶片的尖端出现在他的监视器上，当叶片围绕转子轮毂旋转时，它不断地移动，弯曲和振动。红色表示空气在叶片顶部以52米/秒的相对速度移动; 蓝色和绿色标志着刀片周围较慢的空气。
这些计算机模型采用称为计算力学，流体 - 结构相互作用和等几何分析的技术。它们显示了机械系统必须承受的流场和应力。他们是Hsu工具包的一部分，他的研究小组正在开发以改进各种机器的设计，工程和操作。
“如果我们能够使用计算机来建模和模拟这些工程设计，我们可以节省大量的时间和金钱，”Hsu说。“我们不再需要构建和测试每个原型。”
Hsu表示，例如，风能行业建立和测试每个想法的全尺寸原型以改善风力涡轮机的性能是不切实际的。
相反，风能行业可以选择计算模型。Hsu说他们是基于复杂的数学方程式。他们充满了数据。研究表明它们是准确的。
使用模型，“我们可以预测我们正在研究的问题的真实物理，”他说。
因此，那些显示血液流过人造心脏瓣膜或风力涡轮机叶片振动的视频比彩色图形要多得多。对于工程师来说，它们可以与用于研究耐久性和性能的全尺寸原型一样好。
Hsu拥有计算力学背景，并在加州大学圣地亚哥分校的博士研究期间开始对风力涡轮机进行建模。他在德克萨斯大学奥斯汀分校开始为心脏瓣膜建模，担任博士后研究员。
他自2013年秋季以来一直在爱荷华州立大学，并建立了一个研究小组，目前包括博士生Austin Herrema，王成龙，吴迈和徐飞以及本科生Carolyn Darling。该小组目前正在进行两项风力涡轮机研究和一项发动机项目：
•他们正在模拟由爱荷华州立大学土木，建筑和环境工程威尔逊工程教授Sri Sritharan开发的“Hexcrete”混凝土风力涡轮机塔架的性能。目标是使用预制混凝土建造更高的风力涡轮机塔架，可以在120米或更高的高度上进入更稳定的风。该项目主要得到美国能源部的支持。
•他们还在开发软件以帮助工程师设计风力涡轮机叶片。该软件将填补刀片设计工具和性能模拟之间的巨大差距。该项目得到了美国国家科学基金会的资助，该基金会建立了爱荷华州风能科学，工程和政策研究生课程。
•Hsu的研究小组正在对燃气轮机内转子的性能进行建模。这些模型将帮助工程师设计下一代涡轮发动机。该项目得到了美国陆军研究办公室的资助。
教授流体力学课程的Hsu说，建模可以应用于各种关于机器的问题。例如，在风力涡轮机中，模型可以提供关于材料应力和疲劳，转子空气动力学，叶片设计，涡轮机尾流和功率效率的答案。
“十到十五年前，计算流体 - 结构相互作用对每个人来说都是新的，”Hsu说。“但随着这一领域的成功，越来越多的方法被工业界采用。我们的计算方法正在改进工程设计。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！