||
实验照片显示炸药爆炸产物瞬间静止,经典爆轰理论却证明它永远向前运动;热力学第二定律指出热现象终点熵极大,经典爆轰理论却证明炸药爆轰产物熵极小。炸药专家纠结得很:自己奉献一生、深深挚爱着的专业这是怎么了?
科学体系中出现矛盾很正常,这正是科学发展的动力和契机。然而解决矛盾是一个备受煎熬的痛苦过程,我们这几位学者正处在这阵痛的漩涡之中。
大家活得都累:力学家脑子里全是偏微分方程,接连几天睡不好觉血压上到一百八,也没找出经典爆轰理论错在何处;化学家一直想不通,炸药爆炸的化学反应怎么会比分子混合快,没充分混合怎么就会反应完了呢?热力学家不能容忍爆轰产物熵极小,越想越气不顺,这几天总心不在焉。这不,早上煲莲子汤又忘了放糖,受到太太严厉批评。
见大家聚齐了,力学家表演计算机数值模拟爆轰过程。他依次输入三个守恒方程、状态方程、物性数据、边界条件、忽略输运效应。一回车,爆轰波动态图形出来了:熵极小,爆轰产物一直向前运动,经典爆轰理论没错呀!
问题没找着,众人面面相觑。化学家发现热力学家两眼发直,根本没看显示屏:正琢磨给太太写检查呢。几个人怕他憋出毛病,一齐好言相劝:“你也想开点,别看咱们带了十几个博士生,在家里还不是都听太太教导? 你我彼此彼此。有错改了还是模范丈夫嘛! ”
力学家慨然出手相助:“我给你模拟一锅莲子汤,用微信发过去,给太太陪个不是”。这对力学家来说再简单不过了:把模拟爆轰过程的程序稍微改一下,三个守恒方程、忽略输运效应都一样,只是换了物性数据、状态方程、边界条件。
热力学家心有余悸,特别提醒:“一定要加糖!”
输完后,显示屏上出现原始状态:一汤煲凉水, 莲子和冰糖沉底。
几位都是研究员兼博导,计算机模拟是拿手好戏。回车煲汤, 十分钟后———
显示屏上煲汤结果:一汤煲凉水, 莲子和冰糖沉底。
化学家不服气:莲子汤能比分子轨道复杂?力学家更窝火:三峡大坝都模拟过,会栽在碗莲子汤上!再说,刚才还"成功"模拟了爆轰过程呢。
检查输入条件,没问题。再回车煲汤, 十分钟后———
显示屏上风光依旧:一汤煲凉水, 莲子和冰糖沉底。
热力学家头上冷汗直冒:早上虽说忘放糖好歹还是碗热汤,这下给太太送碗凉水还不得记大过!更要命的是还不知错在哪,这检查也没法写呀!
有啥可说的: 三个守恒方程不可能有问题,水的状态方程和物性数据还会错?边界条件,不就个汤煲嘛!问题只能出在忽略输运效应上了,可模拟爆轰过程也忽略了它呀!
热力学家沉思:“输运效应是扩散、粘度和热传导。分子不扩散到水里,糖怎么溶解?水不传热怎么能烧开? 这假设条件看来是有问题……”
所有爆轰理论专著都忽略输运效应,经典方法历经百年肯定有道理。可煲莲子汤是大事误不得,四人心一横,舍得一身剐,敢把皇帝拉下马,不管经典著作,考虑输运效应!
回车,显示屏上,莲子汤热气腾腾!
用微信发给热力学家太太,马上回了一个笑脸!
热力学家长出一口气:这下可明白了,忽略输运效应的后果比忘放糖严重得多!即刻来了精神,口似悬河:“只要有分子运动,就必定产生输运效应。忽略输运效应,就等于忽略分子运动”。
化学家接上说:“分子不运动怎么发生碰撞,不碰撞就没有化学反应,没有化学反应还有炸药爆轰吗,何况——”。
话没说完就被热力学家打断了,化学家很不高兴: 和太太说话你也如此放肆?然而热力学家兴奋得忘乎所以:“输运效应是增加熵的因素,你把它忽略了,熵当然极小了。热现象怎么能离开分子热运动呢,分子运动怎么能没有扩散,粘度、热传导呢?”
再这样说下去就到来年了,力学家建议换个话题: 模拟爆轰过程。有一碗热莲子汤垫底,四人胆气壮了,一致同意不管爆轰经典著作怎么说,模拟时考虑输运效应!修改条件后回车,显示屏上出现漂亮的爆轰波动态图形:熵极大!爆轰波扫过时爆轰产物抖一下,然后静止不动了,和实验完全一致!
众里寻她千百度,那人却在,灯火阑珊处。
问题的症结:爆轰是热现象,爆轰模型不能忽略输运效应。
爱因斯坦说过,提出一个问题往往比解决一个问题更重要,因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技能而已。提出问题这个难关闯过来了,以后该容易点了把?
参考文献:(本刊讯)爆轰理论的新进展. 科学通报 2011 56 (36) p3122 .pdf
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-23 09:56
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社