精准建模助力消除预测冲击波，震惊不再！

冲击波其实并不令人震惊——各个科学领域的工程师需要精确预测瞬时和强烈的压力变化是如何产生和消散的，以防止造成损害。现在，得益于横滨国立大学的一个团队，这些预测得到了更深入的理解。

在8月19日发表在 《流体物理学》 上的研究中，研究人员详细说明了用于模拟冲击波行为的计算模型是如何以明显不同于理论预测和物理测量的方式来表示微弱冲击波的。

冲击波是指从爆炸或从超音速物体（如超音速喷气机）中向外推送的压力。弱冲击波是指与强冲击波相同的压力、密度和速度变化，但它们比大的冲击波小得多，并且它们的速度更接近音速。然而，目前的计算建模方法在准确模拟这些非常弱的冲击波时遇到困难，合著者、横滨国立大学工程学院的北村圭一教授表示。

“冲击波会瞬间压缩气体，导致熵增加；因此，精确计算涉及冲击波的流动非常重要，”合著者、横滨国立大学工程学院的北村圭一教授说。

熵指的是无序，这似乎与我们预期的物理行为相矛盾，随着波的传播而增加。北村指出，这种无序是冲击波模拟的关键。传统的计算方法将非常微弱的冲击波称为扩散波，但这个称呼并没有考虑到波在移动时更细微的变化。

北村提到：“有限体积方法通常用于解决数值模拟中的不连续性，因为它们可以在冲击不连续性下保持变量。”他解释说，有限体积方法是指在计算中使用的特定单元数。“然而，使用有限体积方法计算冲击波并不总是稳定的，而在某些条件下，由于其不连续性，计算会面临挑战。”

在一项专注于理解数值表示的冲击波特性的分析中，研究人员发现，移动冲击波的最终状态可以分为三种状态：耗散型、过渡型和薄捕获型。北村说，未经验证的数值模拟自动调整了冲击波的假定物理参数，以使其与计算得到的熵相符。

“这项研究揭示了扩散弱冲击波的机制——这是由于数值表示的冲击波中的熵生成过程造成的，”北村说。“我们的发现将弥合理论与物理弱冲击波之间的理解差距，这可能会促进未来火箭和超音速飞机在安全性、经济性和准确性方面的设计。”

福岛学，加拿大舍布鲁克大学机械工程系的博士后研究员，担任本文的通讯作者。在进行研究时，福岛是横滨国立大学的日本学术振兴会的博士后研究员。