張阿漫教授在上課
生活報(bào)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(yàn)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(yàn)的核心理論，再次得到驗(yàn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jiǎng)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(dòng)方程，但該方程僅預(yù)測了理想狀態(tài)下的氣泡運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)典氣泡方程的理論預(yù)測結(jié)果與物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室。
2006年至2016年，張阿漫不斷加深對氣泡的認(rèn)識(shí)，逐漸發(fā)現(xiàn)了前兩個(gè)方程的局限性：“氣泡在水中不僅會(huì)原地脈動(dòng)，還會(huì)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(yùn)動(dòng)，要想更精確探尋氣泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就要搞清楚氣泡在可壓縮性流場中的遷移效應(yīng)。”
筆記超15萬字
獨(dú)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(yùn)動(dòng)的物理現(xiàn)象，將影響氣泡運(yùn)動(dòng)的所有復(fù)雜物理因素統(tǒng)一到一個(gè)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(dòng)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(gè)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(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該方程的精確性和優(yōu)越性。“張阿漫教授這一方程擺脫了傳統(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(jià)值。”武漢大學(xué)季斌教授表示。
研究成果助力
找出下一個(gè)“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(dòng)力學(xué)行為，還能作為指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)方程，預(yù)測新的物理現(xiàn)象，尤其在深海勘探、水下氣泡動(dòng)力學(xué)、跨介質(zhì)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域，都能發(fā)揮重要作用。
深海勘探是國家“海洋強(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)的深海勘探試驗(yàn)正在進(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(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)研發(fā)超深海勘探的新型低頻大容量高壓氣槍。“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(hào)，幫助我們在南海下面再找出一個(gè)‘南海’。”
