随着回忆了这一年多时间以来面临的各种问题,吴宏昌便苦笑了一声,开始详细说起了这之间发生的事情。
“一开始,我们觉得空气和水同属流体,只要好好研究一下,转化起来应该也没多难。”
“而起初的推进也确实挺顺利的,无非就是修改流体密度参数、调整雷诺数这些基础的介质替换工作,大家没花几天就搞定了。”
“可是,当我们将模拟推向高速运转时,就在一个极其关键的节点上,彻底被卡死了。”
“水下的流体环境和空气截然不同,尤其是当潜艇的螺旋桨在水下高速旋转时,桨叶背面的局部水压会骤降……”
吴宏昌刚说到这里,还没来得及往下细讲,林叶的手指便在茶桌上轻轻敲了敲。
“水下高速运转时的局部压力骤降……”林叶抬起头,眼神平静,“吴老,你们是被水下的空化效应给难住了吧?”
听到这个词,吴宏昌端着茶杯的手猛地一顿,眼中闪过一丝惊讶。
“好小子,不愧我逢人就吹你是证明了NS方程的人!”吴宏昌忍不住感慨道,“我这连具体的病症都还没描述,你倒好,一眼就把病根给看穿了。流体力学这点东西,在你面前简直是透明的啊,连水下空化这种偏门的工程难题都知道。”
“您过誉了,我只是偶尔在书上看过几眼相关的资料,随便猜的。”林叶谦虚了一句。
“偶尔看几眼就能瞬间跟我们的算法死机联系起来,这份直觉就已经难能可贵了。”吴宏昌叹了口气,继续说道:“确实就是空化效应,核潜艇的七叶大侧斜螺旋桨在水下高速旋转时,叶片背面的压力一旦低于海水的饱和蒸汽压,海水就会瞬间汽化,产生大量的空化气泡,而当这些气泡游离到高压区瞬间溃灭时,会产生微秒级的剧烈冲击波和极高的噪音。”
吴宏昌顿了顿,语气有些无奈:“我们所里的超算,前面跑得好好的,可一跑到气泡溃灭的那个瞬间,直接就死机了,数据瞬间溢出,研究根本进行不下去。”
听完这番话,坐在一旁的陈景明放下茶杯,微微皱了皱眉。
“这个问题确实不简单。”陈景明作为流体力学泰斗,自然清楚其中的分量,“老吴,这跟我们在空气动力学里遇到的麻烦有点类似,但又更棘手。研究飞行器时,我们最怕的是突破音障那一下的激波压缩;但在水下,水本来是不可压缩的,空化效应却让它在局部产生了极端的密度突变,这就好比在原本平滑的河道里突然引爆了一颗炸弹,介质的连续性被彻底破坏了。”
林叶一边听着陈景明的分析,一边在脑海中快速推演着,随即给出了从数学层面更加本质的剖析。
“陈爷爷说的没错,从纯粹的数学角度来看,这不仅是简单的流体力学连续性断裂。”林叶看着两人,条理清晰地说道,“超算之所以死机,是因为在气泡溃灭的那个微秒级瞬间,发生的是热力学相变——也就是从液态到气态,再瞬间转回液态的过程,同时,这还伴随着极端的拓扑畸变。”
“流体的介质状态在这一刻发生了断裂,在偏微分方程上的表现,就是局部数值瞬间走向了无穷大,超算是算不出无穷大的,所以它只能死机。”
听完林叶这番如同解剖般精准的数学分析,吴宏昌更是觉得一阵头皮发麻。
这种直接从数学本质出发的解释,听起来比原本从工程上对问题的描述还要麻烦得多。
他目光灼灼地盯着林叶,急切地问道:“林叶,既然你能把问题的本质看得这么透彻,那你有没有办法解决它?”
林叶沉思了片刻,竖起两根手指:“严格来说,有两种方法。”
“第一种方法,是最彻底的。就是我们把那套算法底层的数学模型全部推翻,重新建立一套专门适用于水下相变环境的模型。但这一步极其复杂,难点在于,我们必须在原本的NS方程框架里面,重新引入一套极其繁琐的非线性相变追踪方程,以此来动态描述气泡边界的诞生与毁灭。”
听完这个提议,吴宏昌无奈地点了点头:“这种思路,其实所里的数学专家们也提过。但问题是,那个原本的算法模型是你搞出来的,我们的人光是看着那堆空气动力学的算式就已经一个头两个大了,更别说让他们去底层修改相变模型了,所以这条路走不通,我们只能老老实实地从算法应用的表层上去想办法,但是结果嘛……”
他摊了摊手:“我们现在就像是这样被难住了。”
“那么第二种方法。”林叶放下手,继续说道,“不改底层模型,直接从算法逻辑上动刀。”
林叶比划了一下:“既然气泡溃灭的瞬间,数据会走向无穷大导致死机,那我们为什么非要强行去计算那个无穷大呢?我们可以在算法里加上一层隔离的逻辑,当系统检测到局部数值即将爆破时,用一个数学黑盒把这个极值点隔离起来,不让它的溢出影响到全局网格的计算,把它产生的能量平滑地分配给周围的流体。”
吴宏昌听完,眉头却深深地皱了起来。
“林叶,你这个想法确实直击要害,不瞒你说,我们在之前也同样尝试过顺着这个思路走。”吴宏昌苦涩地摇了摇头,“可是根本无济于事,我们试着写了好几种隔离函数,但一到气泡溃灭的瞬间,能量爆发得太猛了,我们设定的那些数学边界根本兜不住,瞬间就被撕裂了,我们实在找不到能够完美隔离它的方法。”
听到吴宏昌的抱怨,林叶非但没有觉得棘手,反而轻松地笑了起来。
“吴老,那只能说你们运气不错,是现在才来找我的。”林叶端起茶杯润了润嗓子,笑道,“要是放在我上个月去西南物理研究院之前,面对这种级别的相变奇点,我还真不敢说能用第二种方法搞定,大概率最后还是要苦哈哈地去重写第一种底层数学模型,但是现在嘛……我可以直接尝试用第二种方法,给你们的算法加个小补丁了。”
旁边的陈景明看到林叶这副成竹在胸的模样,愣了一下:“你这是想到什么……等等!”
陈景明话问到一半,声音戛然而止。
他猛地睁大了眼睛,似乎是突然想起了什么,脸上瞬间露出了恍然大悟的神情,紧接着表情变得极其精彩。
“你……你小子该不会是想用你搞出来的那个……”陈景明指着林叶,眼前顿时就亮了起来。
看到陈景明这副如同见了鬼又惊又喜的模样,再看看林叶在那儿笑而不语,一旁的吴宏昌顿时急得像热锅上的蚂蚁。
“哎哟,你们爷孙俩在这儿打什么哑谜呢?!”吴宏昌急得直拍大腿,凑上前眼巴巴地问道,“老陈,他到底想到什么了?你快跟我透个底,这水下空化的问题,是不是真的有救了?!”
看到吴宏昌急得直拍大腿的模样,陈景明忍不住笑了起来,也不再卖关子了:“老吴,别急,林叶前段时间刚投出去一篇论文,那里面提到了一种极其特殊的数学算子,我觉得用来解决你们的那个空化死结,简直是再合适不过了!”
“论文?什么论文?”吴宏昌眼睛一亮,连忙追问,“投给哪家期刊了?我回去就让人把论文打印出来看看!”