所谓松耦合,是指各场独立求解,通过低频次的数据交换,比如每10步流场计算后更新一次温度场,降低计算量,可以在耦合较弱的场景中使用,比如在稳态生长后期,流场、温度场已趋于稳定的时候。
所谓紧耦合,采用“嵌套迭代”或“统一时间步长”,在每个全局时间步内多次迭代各场方程,直至残差满足精度要求,适用于强耦合场景,比如熔体流动剧烈、温度梯度大的生长初期。
松-紧协同的方法在工程中很常用,鄂维南院士他们之所以到现在还没解决,无非是没能设计出场间数据传递接口,没有找到高效的收敛判据。
恰巧,这些都是陈辉擅长的。
不过到此问题也并没有完全解决,想要完成紧偶尔同步嵌套,还需要统一各场的时空尺度,可困难的是,不同物理场的特征时空尺度差异显著。
熔体流动的特征时间尺度为毫秒级,在导模法中熔体流动速度约0。1ms,特征长度0。1mm,时间尺度τ≈1ms。
热扩散的特征时间尺度为秒级,在氧化镓热扩散率约106m2s,特征长度1mm,时间尺度τ≈1s。
晶体生长的特征时间尺度为小时级,8英寸晶圆生长周期约2小时,但应力松弛的时间尺度可能短至分钟级,比如位错运动的时间尺度。
这种“时间尺度分离”导致传统全局时间步长无法兼顾精度与效率,若取流场的时间步长(1ms),则温度场和应力场需重复计算1000次秒,计算量爆炸,若取应力场的时间步长(1分钟),则流场的瞬态效应,流动启动阶段的非定常性会被忽略。
实验室中大家的忙碌已经告一段落,接下来就是观察实验反应中各个步骤的参数,也是验证陈辉模型准确度的时候了。
张星看着在总控台上陷入长考的陈辉,一时间心情复杂,他们还是很佩服陈辉的,随时随地能够进入深度学习的状态,这是很多学者梦寐以求的天赋,他们也有些明白为什么陈辉能够取得那么多瞩目的成就。
可这个家伙只用十几分钟就捣鼓出一个模型,让他们来验证,总感觉有些儿戏。
哎!
陈辉轻叹一声,揉了揉有些发酸的脖颈。
“老师,要不,休息一会儿?”
蔻依有些担心的问道,老师趴在总控台上,这一趴就是两个多小时,铁人都扛不住吧。
陈辉摆摆手,他感觉已经有些灵感了,却又感觉脑中一团浆糊,灵感并不明晰。
“蔻依?”
“留学生?”
“因材施教!”
忽然,看到蔻依的陈辉脑子里陡然冒出这几个词语,宛若暴雷劈中的枯木,只留下一段焦黑的枯枝,但在那枯枝下,有一缕嫩芽悄然生长。
既然各种物理场的时空尺度不一致,那为什么非要使用同样的时间步长呢?
针对时间尺度分离问题,完全可以采用多时间步长策略,
将全局时间步长设为流场的特征时间Δtflow,在每个全局步内:
1。流场直接推进Δtflow;