Mój najmłodszy ma 6 lat, jest małym chłopcem nowego tysiąclecia. Nie interesują go bajki. Fascynuje go fizyka. Zwłaszcza fizyka cząstek elementarnych, choć nie sądzę, żeby wiedział, na czym polega różnica. Ma obsesję na punkcie Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN-ie i ogląda wykłady TED z Brianem Coxem. Szczególnie jeden z nich, mówiący o tym, co poszło nie tak w LHC, jest jego ulubionym. Myślę, że to dlatego, że na końcu Brian Cox mówi, że próbują odkryć elementy składowe wszechświata, sprawiając, że małe cząsteczki zderzają się z prędkością światła. Tak więc, kiedy Leon patrzy na tęczę, nie wyobraża sobie garnków złota na jej końcu, ale raczej cząsteczki zderzające się i odkrywające elementy składowe wszechświata.

Śledzenie cząsteczek (w terminologii świetlnej określane jako ray tracing) jest, prawdę mówiąc, naprawdę dobrym sposobem symulowania światła i jego efektów termicznych. Światło rozprasza się, odbija i załamuje, powodując efekty termiczne w obiekcie, z którym się styka. Załamanie światła jest bardzo ważną właściwością światła i jest również odpowiedzialne za niektóre naturalne zjawiska optyczne, w tym tęcze. Tak więc, jeśli na końcu tęczy znajduje się garnek złota, to z pewnością jest to garnek gorący!

W Simcenter STAR-CCM+ 2019.3 wydajemy nowy stochastyczny solver energii cieplnej promieniowania (RTE) oparty na metodzie Surface Photon Monte Carlo (PMC) ray tracing z modelowaniem refrakcji. PMC jest prawdopodobnie najdokładniejszą metodą dla RTE. Tak więc nowy solver (PMC) jest bardzo dokładny i bardzo wydajny oraz modeluje efekty refrakcji i odbicia, co czyni go dobrze dostosowanym do zastosowań w reflektorach. Porównania z modelem DOM (Discrete Ordinate Model), który jest jedynym innym modelem promieniowania modelującym refrakcję, pokazują, że nowy model PMC jest bardziej wydajny i dokładniejszy w przewidywaniu refrakcji niż DOM (sprawdź obrazy porównawcze).

Załamanie jest zmianą kierunku światła przechodzącego z jednego ośrodka do drugiego lub ze stopniowej zmiany w ośrodku. W przypadku reflektorów może to być plastik reflektora, a nawet powietrze w jego wnętrzu. Załamanie światła jest ważne w przypadku bezpieczeństwa termicznego. Aby móc przewidzieć, gdzie światło stworzy hotspot, musimy wiedzieć, jak się załamuje. W ten sposób możemy uwzględnić odpowiednie obciążenie termiczne pochodzące od diod LED lub słońca. Ponieważ reflektory mają wiele materiałów emitujących promieniowanie, jak również zewnętrzny plastik, światło jest załamywane i tworzy hotspoty w pewnych obszarach, a ciepło może uszkodzić reflektor. Dlaczego jest to ważne? Pozwól, że podam Ci kilka przykładów:

Przykład 1: Żarówka jest gorącym punktem na soczewce pokrywy, spowodowanym przez soczewkę optyczną, np. w przypadku lampy ksenonowej. Ten gorący punkt jest zazwyczaj gorętszy, jeśli występuje refrakcja (w świecie rzeczywistym lub modelowanym) i dlatego jest ważny dla tych typów systemów.

Przykład 2: Światło słoneczne (napromieniowanie) jest wiązane przez soczewkę optyczną (np. lampa ksenonowa, światło LED) i ma punkt centralny blisko powierzchni, która może powodować uszkodzenia. Z nowym modelem PMC powierzchni, możemy dokładnie przewidzieć te gorące punkty i zmodyfikować projekt poprzez włączenie osłon termicznych we właściwych miejscach, co prowadzi do lepszych i bardziej trwałych projektów.

Lampy czołowe są bardzo drogie i bardzo delikatne. Nowe konstrukcje są również przezroczyste, co czyni estetykę dość ważnym aspektem. Aby producenci reflektorów mogli zachować estetykę, a jednocześnie być pewni trwałości, muszą dokładnie przewidzieć te gorące punkty.

Zastosowanie, któremu się dzisiaj przyglądamy, to oświetlenie reflektorów, ale więcej zastosowań, takich jak medycyna (promieniowanie rentgenowskie, skanowanie MRI i radioterapia), produkcja półprzewodników i obrona wymagają dokładnego modelowania właściwości promieniowania, co czyni PMC bardzo atrakcyjnym.

Powracając do mojego małego naukowca i rzeczywistości tęczy i refrakcji. To takie urocze widzieć jego entuzjazm! Pewnego dnia powiedział mi: „Kiedy dorosnę, będę głównym fizykiem w CERN”. Ja, oczywiście, powiedziałam: „To cudownie, kochanie! Czy chcesz być następnym Brianem Coxem?”. Jego odpowiedź wywołała u mnie łzy śmiechu i przypomniała mi, że wciąż jest tylko małym chłopcem. Powiedział: „Nie mamusiu, wolę zachować swoje własne nazwisko”!!!

„Dla małych naukowców przyszłości”

.