スポンジ、ひげ、肺に共通するもの

多孔質系の質量およびエネルギー輸送の計算のために開発された新しい基準

多孔質媒体を通る2つの粒子の距離のコンピューター計算。、重力場におけるシステムの2つの異なる方向が示されています。 モデルシステムは同種で、すべての空間方向で同じように動作する必要があります(等方性)。 ここで、反対の異方性を観察できます。 ©海洋微生物学のMPI
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多孔質物質は遍在しています。 キッチンスポンジ、肺組織、皮膚など、すべて多孔質です。 それらはスイスチーズと同じくらい厚く、その空間構造のおかげで顕著な特性を持っています。 現在、数学者と物理学者はこの穴のある物質の特性をより詳しく調べ、以前のモデル計算の多くに欠陥がある多孔質系の均一性の基準を見つけました。

基礎研究者だけが多孔質材料の数学に熱心に興味を持っているわけではありません。 自然界では、多孔性表面は化学物質と天然物の分解経路に影響を与えます。 海では、海洋凝集体と呼ばれるさまざまな微生物の塊が二酸化炭素の放出に関与しています。 産業は、水文学、石油およびガス生産の分野、および繊維産業での用途を見ています。

ただし、多孔質システムを介した熱および物質の輸送の計算は、プロセスエンジニアリングの主要な課題です。 流体またはガスが分岐チャネルをどのように流れるかは簡単な計算ではありません。 たとえば、検討対象のシステムは非常に小さくても非常に大きくなる可能性があります。大陸棚の少なくとも半分は多孔質の砂で構成されています。

モデルシステムの大きさはどれくらいですか?

ブレーメンのマックスプランク海洋微生物研究所の数学者は、ポーランドのヴロツワフ大学の物理学部の同僚と一緒に、これらの奇妙な物質の輸送計算の課題に再び挑戦しました。 ブレーメンのMax Planck InstituteのArzhang Khalili教授は、このように重要な質問を定式化しています。

モデル計算の基本的な前提は、多孔質材料が均質であるということです。 ジレンマは、大規模なモデルシステムがコンピューターのパフォーマンスに大きな要求を課すことです。 このため、以前の計算アプローチでは、モデルをできるだけ小さくしようとしました。 ディスプレイ

以前のモデルシステムが小さすぎる

ヴロツワフ大学のKhaliliと彼の同僚Zbigniew KozaとMaciej Matykaは、彼ら自身の計算で、他の科学者のほとんどすべての以前のモデル計算では、システムが小さすぎることを示しました。 モデルシステムの寸法は、特徴的な平均粒径の少なくとも100倍でなければなりません、とKhalili氏は説明します。 過去17年間の関連出版物を調べたところ、ほとんどすべての要件が満たされていませんでした。

モデルシステムがこの基準を満たさない場合、結果に頼ることはできません。 「新しい研究によれば、この作業のほとんどすべてを再計算する必要があります」と研究者は結論付けています。

(マックスプランク海洋微生物研究所、2009年8月24日-NPO)