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第250章 用精神力观察实验的微观状态(1 / 1)

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这些问题太基础,也太难了。

在那个连扫描电子显微镜都稀有的年代,观察材料原子层面的变化几乎是不可能的。

“温组长,这有点……超出我们能力范围了吧?”

老王委婉地说。

“原子层面的事情,那是材料科学的基础研究。咱们搞工程应用的,用宏观规律就够了。”

“不够。”温卿依然看着那块样品。

“非平衡效应的根源在微观。电子、离子、原子的激发、跃迁、碰撞、复合……这些微观过程决定了宏观现象。

如果我们不理解微观机理,宏观模型就永远有无法消除的误差。”

她放下样品,做了个决定:

“今晚我留下来,再做一次烧蚀模拟。不过这次,我要换个方法。”

晚上十点,实验室里只剩下温卿一人。

她没有打开计算机,而是坐到了材料分析台前。

台上有一台老式的金相显微镜,最大放大倍数只有500倍,远远看不到原子层面。

但这不重要。

温卿要用的不是显微镜,而是自己的精神力。

她取出一小块新的碳-碳复合材料样品,只有指甲盖大小。

然后打开小型电阻加热炉,将样品固定在加热台上。

加热炉很简单:

一个耐高温的陶瓷底座,一根通电后能加热到2000c的钨丝线圈。

温度可以精确控制,最高能达到2500c——虽然不如电弧风洞,但足以引发材料的烧蚀反应。

然后,她闭上眼睛,调整呼吸,将全部注意力集中在样品上。

这是她精神力提升后新的发现——当精神力高度集中时,她能“感知”到材料的微观状态。

不是真的“看到”原子,而是一种模糊的“内视”感,能察觉到材料的密度变化、应力分布、温度梯度。

但她很少使用这种能力。

一来精神力消耗太大,每次使用后都会极度疲惫;

二来这个能力过于玄妙,难以用科学语言解释,她不想引起不必要的注意。

今晚,她决定冒险一试。

炉温逐渐升高。

温卿睁开眼睛,瞳孔深处闪过一丝常人难以察觉的微光。

她的精神力像无数细小的触须,延伸向那块小小的样品。

最初是模糊的感觉:材料在变热,内部产生热应力,不同组分的膨胀系数不同导致微裂纹……

温卿“看到”了——不是光学意义上的看到,而是意识中的影像——碳纤维和树脂基体的界面开始松动。

碳纤维本身耐高温,但界面的粘合剂开始分解、挥发。

树脂基体开始发生复杂的热解反应。

长链分子断裂,生成小分子气体:甲烷、乙烯、氢气……这些气体从材料内部逸出,在表面形成一层气膜。

气膜有一定隔热作用,但也改变了表面形貌。

温卿的精神力穿透表面气膜,深入到材料最表层几微米的区域。

她感知到了惊人的细节:

碳纤维表面并非均匀烧蚀。

在某些晶格缺陷处,碳原子更容易被氧化剥离;

在某些晶面,碳原子的结合能更高,更耐烧蚀。

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。

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”。

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。

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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