Min yngste er 6 år gammel; en lille dreng i det nye årtusind. Han er ikke interesseret i eventyr. Det, han finder fascinerende, er fysik. Især partikelfysik, selv om jeg ikke tror, at han egentlig kender forskellen. Han er besat af Large Hadron Collider i CERN og ser TED-foredrag med Brian Cox. Der er især en, der fortæller om, hvad der gik galt i LHC; det er hans favorit. Jeg tror, det er fordi Brian Cox i slutningen siger, at de forsøger at finde universets byggesten ved at få små partikler til at kollidere med lysets hastighed. Så når Leon ser på en regnbue, forestiller han sig ikke krukker med guld for enden af den, men snarere partikler, der støder sammen og afslører universets byggesten.

Particle tracking (i lystermer benævnt ray tracing) er i al retfærdighed en rigtig god måde at simulere lys og dets termiske virkninger på. Lyset spredes, reflekteres og brydes og forårsager termiske virkninger på det objekt, det kommer i kontakt med. Refraktion er en meget vigtig egenskab ved lys og er også ansvarlig for nogle naturlige optiske fænomener, herunder regnbuer. Så hvis der er en krukke med guld for enden af regnbuen, er det helt sikkert en varm krukke!

I Simcenter STAR-CCM+ 2019.3 frigiver vi en ny stokastisk opløser af strålevarmeenergi (RTE) baseret på Surface Photon Monte Carlo (PMC) ray tracing-metoden med refraktionsmodellering. PMC er uden tvivl den mest præcise metode til RTE. Den nye (PMC) solver er således meget nøjagtig og meget effektiv og modellerer virkningerne af refraktion og refleksion, hvilket gør den velegnet til anvendelser med forlygter. Sammenligninger med den diskrete ordinatmodel (DOM), som er den eneste anden strålingsmodel, der modellerer refraktion, viser, at den nye PMC-model er mere effektiv og mere præcis til at forudsige refraktion end DOM (se sammenligningsbillederne).

Refraktion er ændringen i retning af lys, der passerer fra et medium til et andet eller fra en gradvis ændring i mediet. I tilfælde af forlygter kan dette være forlygtens plastik eller endog luften i den. Refraktion er vigtig, når vi ser på termisk sikkerhed. For at kunne forudsige, hvor lyset vil skabe et hotspot, er vi nødt til at vide, hvordan det brydes. På den måde kan vi tage højde for den rette termiske belastning fra LED’erne eller solen. Da forlygterne har flere strålingsemitterende materialer samt den udvendige plast, brydes lyset og skaber hotspots i visse områder, og varmen kan beskadige forlygten. Hvorfor er det vigtigt? Lad mig give dig et par eksempler:

Eksempel 1: Pæren er en hot spot på dækglasset, forårsaget af den optiske linse, f.eks. med en Xenon-lampe. Denne hot spot er typisk varmere, hvis der findes refraktion (i den virkelige verden eller modelleret) og er derfor vigtig for disse typer systemer.

Eksempel 2: Sollys (indstråling) bundtes af en optisk linse (f.eks. Xenon-lampe, LED-lys) og har brændpunktet tæt på en overflade, som kan forårsage skade. Med den nye PMC-model for overflader kan vi præcist forudsige disse hotspots og ændre designet ved at inkludere varmeafskærmninger på de rigtige steder, hvilket fører til bedre og mere holdbare designs.

Spandelamper er meget dyre og meget sarte. De nye designs er også gennemsigtige, hvilket gør æstetik til et ret vigtigt aspekt. For at producenterne af forlygter kan bevare æstetikken og samtidig have tillid til holdbarheden, er de nødt til at forudsige disse hotspots nøjagtigt.

Den anvendelse, vi ser på i dag, er forlygtebelysning, men flere anvendelser som f.eks. medicinske anvendelser (røntgenstråler, MR-scanninger og strålebehandling), halvlederfremstilling og forsvar har brug for nøjagtig modellering af strålingsegenskaber, hvilket gør PMC meget attraktivt.

Gå tilbage til min lille videnskabsmand og virkeligheden med regnbuer og refraktion. Det er så dejligt at se hans entusiasme! Forleden dag sagde han til mig: “Når jeg bliver stor, vil jeg være cheffysiker i CERN”. Jeg sagde selvfølgelig: “Det er dejligt, skat! Vil du være den næste Brian Cox?” Hans svar gav mig tårer af grin og mindede mig om, at han stadig kun er en lille dreng. Han sagde: “Nej, mor, jeg vil hellere beholde mit eget navn”!!!!

“Til fremtidens små videnskabsmænd”