所有实际产品的工程问题,归根结蒂还是要转化到物理场的求解。物理学的研究和发展一直和数学紧密关联。
从近代物理学起点牛顿力学体系中,质点和刚体的运动可以用常微分方程来描述。慢慢随着变分法的发展,人们从力学,热学,电磁学等理论中归纳总结出各种偏微分方程。一般来说,把具有物理意义的积分方程,常微分方程,偏微分方程都统称为数学物理方程。
数学和物理的发展改变了我们认知世界的方式。
我们习惯把自然中各种现象划分为清晰的学科来分类研究。这种思维方式主要是由于人类研究物理的手段有限造成。只能进行简化——单物理场研究。比如,使用Navier-Stoke方程解决流体问题,对流扩散方程解决热量传递,麦克斯韦方程组解决电磁场,波动方程描述声音传播等。
然而实际的客观世界是非常复杂的。各种物理过程相互影响。现在我们可以通过联立偏微分方程组,从多物理场的角度重新认知客观世界。
流体的流动会导致热量的传递。从简化模型的角度,可以先计算流体,然后再计算流体中热量传递。即单向耦合。单如果流体密度和粘度随温度变化较大,就必须同时求解流体流动和热量传递。即双向耦合,也称之为强耦合。
从扬声器来说,磁场对音圈存在洛伦兹力,从而使得音圈上下运动;而通电音圈会造成磁场分布变化,其运动也会形成反向电动势。振膜驱动空气振动,发出声波;而空气同样对振膜会存在作用力,使得振膜的振动发生变化。
这些多物理场强耦合问题的仿真和解决,说明我们在以一种更深刻,更接近本质的方法来重新认知世界。
(文字写得太多,估计也没太多人会细看。就当记录一些想法。)