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本案例基于COMSOL模型仿真了一濾紙從一端吸水后的水分場遷移擴散過程，仿真模型及結(jié)果如下所示：

初始方案由于風(fēng)道及格柵角度設(shè)計不合理，使得各出風(fēng)口分風(fēng)不均勻，吹風(fēng)位置不理想，流動損失較大，達不到目標除霜要求。針對設(shè)計缺陷對除霜模型進行優(yōu)化，最終優(yōu)化效果顯著，滿足整車除霜性能要求。經(jīng)過對樣車的實際試驗結(jié)果對比論證，優(yōu)化方案后的除霜效果能達到目標設(shè)定要求。

<p>垂直風(fēng)力機仿真分析APP封裝了計算域網(wǎng)格疏密參數(shù)、吹風(fēng)條件參數(shù)、葉輪旋轉(zhuǎn)參數(shù)以及計算控制參數(shù)等，可快速計算風(fēng)力狀況及電機轉(zhuǎn)速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉(zhuǎn)區(qū)域附近流場分布的影響。垂直風(fēng)力機仿真分析APP可查看速度、壓力等工程所需的計算結(jié)果。

如果行，我的吹風(fēng)機豈不是有救了？于是，我建了涵道的三維模型，用AICFD軟件做了流體仿真。涵道進出口定個壓差500Pa，算出的結(jié)果，涵道加唇口后，流量增加了23.7%。效果還是很明顯的。那么，這吹風(fēng)機就可以改裝改裝了。量一下吹風(fēng)機入口的尺寸，建一個唇口模型，3D打印，成型！不出意外的話，它應(yīng)該可以增加吹風(fēng)機的風(fēng)量！

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這樣，用AICFD做個仿真，房間3米高，空調(diào)掛在距屋頂0.5米的位置，設(shè)置風(fēng)速2.5m/s，向下吹風(fēng)60度。計算后，我悟了。看這個結(jié)果，原本以為熱氣按這個角度能吹到地面的，但實際根本還沒等到地面，就由于密度小而升上去了。而空調(diào)的回風(fēng)口在上方，于是熱氣就在上面形成了循環(huán)。整個屋子下面的區(qū)域，基本沒有有效的對流換熱，只靠緩慢的熱傳導(dǎo)來緩緩升溫。怪不得腳底一直熱不起來。

比如在航空領(lǐng)域，飛機研制需要吹風(fēng)洞，在地面模擬天上的情況。但中國的軍用運輸機運20，它翼展近50米，飛行速度超900km/h。你去哪找這么大，風(fēng)速這么快的風(fēng)洞？全世界都沒有。沒辦法，只能縮小，應(yīng)用“相似性原理”做縮比模型。對低速飛行器，盡量保證縮比模型的雷諾數(shù)和真機一致。而對高速飛行器，則盡量確保馬赫數(shù)一致。既然是縮小模型，就意味著很多細微的幾何和部件難以精確捕捉。

而測量風(fēng)阻系數(shù)，最有說服力的方式是吹風(fēng)洞。中國現(xiàn)在有3大汽車空氣動力學(xué)-聲學(xué)風(fēng)洞，分別位于上海、重慶和天津，建設(shè)和使用成本都非常高。因為太貴太麻煩，車企只會在汽車基本定型之后才會吹風(fēng)洞。在設(shè)計初期，主要的優(yōu)化方式是CFD模擬。CFD模擬相比吹風(fēng)洞，不但成本低到忽略不計，還能觀察到吹風(fēng)洞所看不到的流場細節(jié)，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供堅實依據(jù)。

對于這種成本比較高的試驗，我們還是用計算機仿真吧，安全方便又便宜。我仿真過程的一萬八千秒，在這個視頻里就快進啦，我們直接上結(jié)果：當汽車的時速是70公里時，算出來整車的氣動升力是280N。這相當于汽車的質(zhì)量減小了37公斤，好像還不算很夸張。汽車時速增大到140公里時，算出來的升力是1500N，大約150公斤，相當于兩三個人的體重。

理論有了依據(jù)，接下來我們用軟件做個散熱效果的仿真，直觀地看一下溫度分布。簡單建了個手機模型，用軟件AIFEM仿真模擬了一下。假設(shè)芯片發(fā)熱功率4瓦，在空氣中工作時，手機表面最高溫度是42.5度。但是把空氣換成水后，最高溫度就降低到了25.4度。仿真結(jié)果顯示降溫效果的差別很明顯。然后咱們再用實驗真實地測一下手機在不同環(huán)境中的溫降過程。

根據(jù)仿真結(jié)果，可知整個型腔內(nèi)部形成了上方和前方出風(fēng)，后方進風(fēng)的氣流通道。將線纜熱量帶到上方和前方散發(fā)出去。

我們聽到的呼呼風(fēng)聲，主要是風(fēng)扇吹風(fēng)的噪音。結(jié)構(gòu)了解了，那么如何幫它散熱呢，我們看熱量排出的整個過程，熱管、翅片這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的傳熱，我們很難改變，那你說可以把這些材料都換成導(dǎo)熱系數(shù)更高的準備搞科研的時候肯定更絲滑，但改裝需要高超的技術(shù)和高額費用。咱沒經(jīng)費呀，上面的傳熱過程大抵只能這樣了，看下面風(fēng)扇這部分，嘿嘿，一不小心到我的流體領(lǐng)域。

再用流體仿真軟件AICFD計算一下，讓氣體以風(fēng)扇常規(guī)風(fēng)速5m/s流過瓶子，計算后，瓶口溫度確實降了1.1度。更合理啦！感覺出哪里不對了嗎？風(fēng)扇以5m/s吹風(fēng)，按以上理論稍加計算就能得出，瓶口流速應(yīng)該是38m/s，但實際5m/s。瓶口風(fēng)速并不是理論計算值，那么以此為基礎(chǔ)的推演便傾覆了。真相是什么呢？

剛剛的理論和仿真，咱們分析了兩車相向和同向行駛受力方向是一致的，都是先斥后引。那么可以先做個同向并行的實驗，這樣就可以用吹風(fēng)來代替車的行駛了。 測了風(fēng)速，20米每秒，當兩車并行時，引力很明顯。然而只做了并行引力的實驗，有點兒不甘心，怎么辦呢？之所以需要高速，就是因為在空氣中，空氣密度和粘性太小。那么如果在水中呢？流體粘性大了，對速度要求自然就低了。

為了讓大家更直觀地看到球旋轉(zhuǎn)中兩側(cè)的壓力差，用AICFD做了個仿真。讓空氣以50m/s的速度吹過來代替小球飛行，當不旋轉(zhuǎn)時，球周圍的壓力對稱，小球不會受到側(cè)向力。但當球轉(zhuǎn)起來后，上面流速明顯增大，壓力變小，于是，小球就受到了側(cè)向力的作用。

從二十世紀三十年代開始，由于航空事業(yè)發(fā)展的需要，對航空燃氣輪機進行了大量的理論和試驗研究，特別是對軸流式壓縮機的氣體動力學(xué)的理論研究和平面葉柵吹風(fēng)的試驗研究，使軸流式壓縮機的理論和設(shè)計方法不斷完善，效率提高到80～85%。從四十年代開始，軸流式壓縮機已廣泛應(yīng)用于航空燃氣輪機中，迄今仍占有很重要的地位。

買咖啡時，發(fā)現(xiàn)咖啡館門口裝了個類似空調(diào)的設(shè)備呼呼吹風(fēng)。這是什么，空調(diào)么？但奇怪的是，怎么在門口，出風(fēng)口的方向怎么垂直向下呢？店員告訴我是“風(fēng)幕機”。風(fēng)幕機？回來查了一下，也叫“氣簾”學(xué)名“空氣幕”。早在1904年，空氣幕就出現(xiàn)了，僅僅比開利發(fā)明空調(diào)晚了3年。發(fā)明空氣幕的人，叫西奧菲勒斯。

我們用風(fēng)扇無論是吹風(fēng)還是抽風(fēng)，總是希望風(fēng)量越大越好。影響葉片性能的關(guān)鍵參數(shù)有弦長、扭轉(zhuǎn)角等，在常規(guī)設(shè)計流程中，工程師通常根據(jù)經(jīng)驗給定參數(shù)，出圖加工，打樣測試。費時費力，成本奇高。高階工程師會在加工之前做CFD模擬，對結(jié)構(gòu)做初步優(yōu)化。仿真的加入雖大大降低了成本，但設(shè)計過程依然高度依賴工程師的經(jīng)驗。更何況風(fēng)扇研制企業(yè)以中小企業(yè)為主，往往無力招到頂尖的空氣動力學(xué)專家。

之前我用天洑國產(chǎn)流體仿真軟件AICFD給大家算過，這是個絕熱膨脹過程，如果要有降溫效果，瓶子里流速要很高，需要專門的增壓設(shè)備往瓶子里灌風(fēng)才行，但在環(huán)境中，即使8級大風(fēng)，瓶中流阻也會使其內(nèi)部流速非常小，甚至接近于零，根本沒有降溫效果。那么在沒有空調(diào)時，還有什么降溫的辦法呢？常規(guī)的，可以在冰箱里凍冰塊、當然也可以凍馬甲。

很遺憾，目前為止無論是理論、仿真還是實驗，都沒有得到明確的規(guī)律。所以高爾夫球形狀沒有詳細的國際標準，國際聯(lián)合會規(guī)定只要重量不大于45.96克，直徑不小于42.67毫米都行，至于表面有沒有坑，多少坑，多大的坑，他們一概不管。也許這種復(fù)雜性和不確定性正體現(xiàn)出流體力學(xué)之美，湍流太難了，人類還沒搞明白。科研是在未知的路上摸索，科普是把摸索的結(jié)果整理給大家。