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三场耦合一周年记

已有 3282 次阅读 2011-6-26 00:00 |系统分类:科研笔记| 冻土, 数值计算, 水热力, 三场耦合

    三场耦合,指的是冻土中的温度、水分和应力这三个物理场之间的相互作用。这个课题提出来有很多年了,作为自然界中最为复杂的自然现象之一,冻土中水、热、力及变形的相互关系仍然有很多本质上的问题没有很清楚的回答。去年我选了这个题目时,我自己心里都没有底到底能做出什么东西来,然而我还是想试一试,挑战一下自己,因为我是发自内心的感兴趣。当我在做开题报告的时候说了自己的想法,有很多老师都厌烦了ppt上一大堆的公式——当时的公式只是我自己的设想——我估计也没人认为我能做出什么来,但是牛老师的一句话“一看到这个水热力,我头都大了,但是你把我说服了,我相信你能做的出来”,还是深深地鼓励了我。现在一年过去了,多次在洗脸时、刷牙时、床上辗转反侧时、听音乐时,水热力,微分方程、有限元和一串串的数学符号就像跳动的精灵在我脑海中闪现,想得头累了想驱赶它们都不行。不管怎么说,我现在的理论框架是建立起来了,也在计算机上做了数值算例,至少温度、水分、应力和变形的变化趋势和前人的实验结果还是比较符合的,现在文章已经差不多完成,我也能够松一口气了。但是三场耦合问题仍然有很多问题没有解决,最大的难题是各种物理参数难以测定,甚至包括水分迁移机理仍然缺乏足够的证据,我的理论和数学模型以及物理参数主要还是是建立前人的假说和实验结果之上的。之前有不同的数学模型,也算出了一些结果,但是中文文献的数学推导严谨性不足,大部分的文献数学推导上是类似的,国外的文献当中直接给出了计算结果,但是不知道他们是怎么算出来的。在研究所里面,我有了问题不知道去问谁,导师也没办法告诉你怎么做,真的很累,我花这一年时间推导出了比较完整的数学模型,完整考虑了水分、温度、应力、变形和冰透镜体的一个数学模型,同时学习comsol系列软件,终于是在上个月计算出了一个三场耦合算例。在三场耦合问题上还有很长的路要走,以后的工作也许应该从实验技术和实验仪器上得到突破才能比较准确的测得各种参数,对于水分迁移机制现在假说很多,薄膜-吸附原理现在得到了相对广泛的接受,也许要结合物理化学的原理从分子层面上认真分析研究才能得到更为令人信服的证据。我的工作在整个三场耦合历史中是微不足道的,但是对于我自己的研究生涯中是非常有意义的一段经历。去年7月从北京回到研究所开始接触这个课题,至今刚好一周年,以此博文为记。


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