2008年7月19日
大自然,以树冠的简单形式,似乎提供了敏锐的洞察力,以设计复杂系统的最佳方式,将物质从一个地方转移到另一个地方,这是开发新型“智能”材料的基本成分。欧洲杯足球竞彩
杜克大学(Duke University)的工程师们认为,两棵树冠顶对顶接触的图像,可以指导他们最有效地控制新材料中的液体流动,包括下一代飞机和火箭的“外壳”,它可以在损坏时自我修复,或在过热时自我冷却。欧洲杯足球竞彩
杜克大学普拉特工程学院机械工程j·a·琼斯教授Adrian Bejan说:“这种分支设计趋势的例子在自然界中随处可见,从组成河流三角洲的通道到人类肺的结构,其中气道的级联通道将氧气输送到组织。”
随着工程师们努力创造下一代纳米器件和“智能”材料,开发最高效和有效的控制流体的方式变得越来越重要。欧洲杯足球竞彩这项研究的目标是创造一种材料,它通过一个类似于血管的网络传递液体愈合剂,从而起欧洲杯足球竞彩到像人类皮肤一样的作用。欧洲杯足球竞彩Bejan说,这类材料需要高效的输送系统。
通过与法国图卢兹大学土木工程教授Sylvie Lorente的合作,Bejan发现建筑理论定律(http://www.constructal.org/),可以指导这些新型“智能”材料的创作。欧洲杯足球竞彩
这种结构理论是基于这样一种原理:流动系统不断进化,使缺陷最小化,减少摩擦或其他形式的阻力,从而使有用的能量损失最小。Bejan说,这个理论几乎适用于所有运动的物体。
Bejan说:“我们研究了一个流动系统,它看起来更像冠层到冠层的模型,发现它比现在使用的由平行流动通道组成的模型更有效。”他的分析早期发表在《应用物理学杂志》网络版上。这项研究得到了空军科学研究办公室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的支持。“我们相信,这种策略将允许逐步设计更复杂的血管流动系统。”
除了发现这些由大到小再到大的分支系统可以使流量最大化外,研究人员还发现,为了保持这种效率的提高,随着流量的增加,树的脉管系统需要变得更加复杂。Bejan说,这是一个重要的见解,因为随着新的“智能”组件变得越来越小,流体系统的效率将需要提高。
Bejan说:“建筑设计理念为这些新的‘智能’结构提供理想的血管化需求,因为树木已经进化成一个自然建筑,最大限度地在整个树木体积中输送水。”“如果一条气流在每个点都接触到一个结构,那么该气流就必须像树一样为该结构服务,或者在很大程度上是支气管树为整个肺容积提供空气。”
早些时候,建筑法被用来解释交通流量、小型电子设备的冷却和河流的水流。Bejan最近报道说,该理论可以解释所有生物运动的基本特征,无论是奔跑、游泳还是飞行。这一物理原理还解释了全球环流和气候的许多基本特征,包括不同气候带的边界、平均风速和昼夜平均温差。
最近,Bejan证明了建构理论也有助于解释为什么每年的大学排名往往不会发生重大变化。
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