第250章 用精神力观察实验的微观状态(2/2)
更关键的是,烧蚀产物的气体成分和状态——不全是二氧化碳和水蒸气,还有一氧化碳、碳氢化合物、甚至微量的碳簇分子(C2、C3……)。
这些不同成分的气体,有不同的热物理性质和化学反应性。
温卿脑海中灵光一闪:这就是关键!
传统模型假设烧蚀产物是均匀的、化学平衡的气体混合物。
但实际上,在材料表面附近极薄的区域内。
可能只有几十气体处于高度非平衡态——刚生成的产物气体还没有充分混合、反应,就离开了表面。
这个“近壁区”的非平衡态,会显着影响热传递!
温卿立即将这个发现记录下来。
她的手在微微发抖,不是因为紧张,而是精神力消耗过大的反应。
但她没有停止。
温度继续升高到2000℃。
感知更深入了。
现在,她“看到”了电子层面的现象:
高温激发出的自由电子,在材料表面聚集,形成局部电场;
碳原子在剥离时,有时会带走电子,形成带电粒子;
这些带电粒子与气流中的离子相互作用……
温卿突然理解了“热流突变”的可能机理:
当表面温度达到某个临界值时,电子激发变得剧烈,表面带电状态突变,
这会改变等离子体鞘套的电磁特性,进而影响能量传递。
这个过程是强非线性的——微小的温度变化可能引发电子密度的指数级增长,从而导致热流的突然跃升。
凌晨三点,温卿结束了这次特殊的“观察”。
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她脸色苍白,太阳穴突突直跳,像有针在刺。
这是精神力透支的典型症状。
但她顾不上休息,立即打开笔记本,开始推导新的模型。
基于观察到的现象,她对非平衡态模型做了几处关键修改:
第一,引入“近壁非平衡区”概念。
在材料表面附近定义一个薄层,在这个层内,烧蚀产物气体处于化学和热力学非平衡状态。
用一组简化动力学方程描述气体的混合和反应过程。
第二,增加表面带电状态的影响。
表面电子密度作为新的状态变量,与温度、压力、气体成分耦合。
电子密度影响表面附近的电磁场,进而影响等离子体鞘套的能量传递。
第三,考虑微观结构的影响。
不同材料、不同工艺制备的样品,微观结构不同,这些会通过影响气体逸出路径和表面反应活性,最终影响宏观烧蚀行为。
推导过程异常艰难。
许多参数没有现成数据,温卿只能基于物理原理做合理估算。
但即使这样,新模型的复杂度也大幅增加。
早晨六点,第一版新模型完成。
温卿强忍头痛,在“曙光-2”上运行了一个快速验证计算。
测试用例是之前误差最大的那个工况——马赫数18,高度30公里。
原模型预测热流值比传统模型高28%,实验测量值是31%,误差3个百分点。新模型预测——
“33.5%。”小张早晨来实验室时,温卿把计算结果递给他,“误差缩小到2.5个百分点。”
小张瞪大眼睛:“你又优化模型了?怎么做到的?”
温卿没有解释细节,只说:“我重新思考了烧蚀的微观机理,增加了一些物理细节。你帮我做系统性的验证计算,覆盖所有实验工况。”
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