我们日常呼吸的空气里,满是各种微小的颗粒,有很多类型,有的还可能会危害健康。
长时间以来,科学家们在试图预测这些颗粒的运动轨迹时,总觉得难办,特别是那些形状奇怪的颗粒,老方法总是有点捉襟见肘。
直到华威大学的研究团队取得了新突破,他们对那套已有百年历史的公式进行了改良,终于找到了解决这问题的要领,为相关领域的发展带来了新的希望。
这份成果刊登在《流体力学杂志》上,既弥补了专业领域的空缺,也为未来更细致地探索颗粒的运动,以及应对它们可能带来的影响,提供了关键的帮忙。
那些悄悄潜藏的健康隐患,咱们平时都难以察觉,却可能对身体造成不小的影响。
每天咱们都在吸入成百万的微小颗粒,这些看不见的小东西,种类繁多,悄悄潜伏在我们周围,悄无声息地融进生活中。
不少颗粒的体积尤其微小,能一路穿透到肺里,甚至混进血液循环中,引发心脏病、中风、癌症等严重的疾病。
挺有趣的是,这些危害健康的空气颗粒大多数都是歪歪扭扭、没有规整形状,不过,之前研究人员用数学模型预测它们的运动轨迹时,老是把这些颗粒当成是标准的球状物。
这并不是说研究人员不够细心,而是因为用球体的方程来做计算,简单省事,算起来更方便些。
不过这个看似有点无奈的假设,反倒让那些实际上不是球状、而且通常更有害的颗粒,在运动监测和预测方面变得特别难办。
毕竟形状不同,颗粒在空气中受到的阻力和运动路线都大不一样,用球体来模拟那些不规则的颗粒,就像用方形模具去测量圆形东西,误差可不小啊。
百年公式全新升级,焕然一新!
就在大家一筹莫展,不知道不规则颗粒怎么跑的时候,英国华威大学的研究团队就像晨曦一样,给这个难题带来了一个重大突破。
这项研究一出,成果就登上了《流体力学杂志》,他们利用一个有百年历史的老公式,经过改良,开发出了这套全新的方法。
这份成果顺利弥补了气溶胶科学中一个重要的空缺,创新性地推出了第一个能够准确预测各种不规则颗粒运动的简便方法,给这个研究方向带来了新的突破和希望。
这次的重大突破,主要集中在对气溶胶科学的基础之一——坎宁安修正因子的重新考量。这个修正因子最早提出于1910年,主要用来估算微粒运动中阻力偏离传统流体定律的程度。
到了20世纪20年代,美籍诺贝尔奖获得者罗伯特·密立根曾对这个公式做过改进,不过他没考虑到一个更简洁、更通用的修正方法。
英国华威大学工程学院的邓肯·洛克比教授带领团队,重新振兴了坎宁安在1910年所探索的那种原始思路。
英国华威大学工程学院的邓肯·洛克比教授带领团队,重新拾起坎宁安在1910年进行研究时的那份纯粹初心,以一种追溯和传承的态度,开启了全新的探索旅程。
这玩意儿可不一般,它能把作用在任何形状颗粒上的全套阻力和抗力谱系都搞清楚,不管是球形的还是薄片状的颗粒,都能精准覆盖到,而且整个过程不用依赖经验参数来拟合。
这就说明,科研人员不用再费时费力地做模拟,也不用靠经验去找数据,就能准确预测几乎各种形状颗粒的运动状态。
邓肯·洛克比教授说,这个研究初衷挺直接的,只要能准确预估各种形状粒子的运动轨迹,就能大大改善空气污染、疾病扩散和大气化学等领域的模型。
他们的事情,就是把一个简单但又非常强大的老模型,改造成可以应对各种复杂不规则粒子的样子。
这款新模型,开创性地建立了非球形颗粒在空气中的传播轨迹精准预测系统,考虑到这些纳米颗粒与空气污染以及癌症风险关系密切,毫无疑问,这算得上是环境健康和气溶胶科学领域的一次重大创新。
从实验室走到现场应用,这一步可真不简单,得面对各种现实中的复杂情况。
这个新模型的意义可不只是理论上的突破,它还为我们深入理解空气中颗粒物的运动规律提供了更稳固的基础,适用范围更是横跨了多个行业。
在空气质量和气候模拟上,它能够协助科研人员更准确地预测污染物在城市中的扩散轨迹,比如工厂排放的有害颗粒会飘向哪个方向,浓度到底会达到什么样的水平。
针对由自然灾害引起的颗粒物传播,比如火山灰、野火的烟雾扩散路径,它也能提供更准确的预报,这对提前预警和人员疏散来说可是相当重要的。
在纳米技术和医学研究方面,它还能预测工程用纳米颗粒在生产中的表现,以及在药物输送方案里的作用轨迹,为相关技术的开发提供重要依据。
为了让这项创新性成果更上一层楼,英国华威大学工程学院已经投入资金引进了一套先进的气溶胶制造设备。
和洛克比教授合作的华威大学工程学院的朱利安·加德纳教授提到,这套新设备可以让科研人员在受控条件下研究空气中颗粒的运动方式,有助于把这项理论突破变成实用的环境检测工具。
有了理论框架和实验设备的双重支撑,未来在不规则颗粒运动方面的预测会变得越来越准。
一百多年前提出的那个公式,如今在二十一世纪的实验室里重新焕发了活力。
这也让大家明白,科学的发展不总是完全依靠全新的发明,更多时候是在回头审视基础理论时,敢于问一句“为什么不试试呢”的那份勇气。
那看似不起眼的“修正张量”,一头连接着百年前的物理定律,一头又牵扯着目前紧要的公共健康问题。
它最终想表现的不仅仅是空气中颗粒的运动路线,更是关乎未来城市数百万人健康呼吸的明晰蓝图。
随着研究不断深入,或许没多久咱们就能用上这一套方法,更加高效地防止空气污染,保护大家的呼吸健康。
结语
英国华威大学的团队对百年公式做了改良,不仅搞定了不规则颗粒运动预测的老大难问题,还为相关研究领域开辟了新路子。
这篇刊登在《流体力学杂志》上的研究成果,将来说不定能帮咱们更准确地应对空气污染和疾病扩散啥的。
随着接下来研究的不断深入,这套方法一旦真正用起来,不管是改善空气质量的模型,还是帮忙医学领域对颗粒的研究,都能发挥大作用。
这些成果都能扎扎实实地帮忙维护大家的健康、改善我们的环境,把那些以前难以预料的微小颗粒运动,变成可以掌控的健康守护力量。
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