Главная Работы на конкурс Предметное образование Технические дисциплины Проектная работа «Трижды периодические минимальные поверхности»

Проектная работа «Трижды периодические минимальные поверхности»

Автор: Мосунов Леонид Вячеславович

Место работы/учебы (аффилиация): МБОУ Сургутский естественно-научный лицей, Ханты-Мансийский автономный округ - Югра, 10 класс

Научный руководитель: Семёнов Олег Юрьевич

Цель проекта: создание алгоритмической базы и программного комплекса для генерации высокоэффективных радиаторов охлаждения нового поколения, основанных на математической модели гироида (одной из форм трижды периодических минимальных поверхностей).

Актуальность и проблематика: разработка обусловлена стремительным ростом тепловыделения современных вычислительных систем и силовой электроники. Классические пластинчатые радиаторы достигают предела своей эффективности из-за формирования неподвижного ламинарного пограничного слоя воздуха, который «прилипает» к металлу и выступает в роли мощного теплоизолятора, не позволяя ядру воздушного потока участвовать в теплообмене. Традиционные попытки сблизить ребра радиатора приводят к резкому росту гидравлического сопротивления и эффекту аэродинамического запирания.

Гипотеза: замена традиционной прямолинейной геометрии радиатора на структуру гироида с переменным (градиентным) шагом ячейки позволит постоянно разрушать тепловой пограничный слой за счет создания локальных микрозавихрений. Внедрение управляемого градиента пористости направит основной объем воздуха в горячие зоны: густая сетка в центре обеспечит максимальный теплоотвод, а широкие каналы по краям сработают как контролируемый байпас, позволяя воздуху легко выходить без критического сопротивления давлению.

В рамках работы был с нуля написан программный комплекс-генератор на языке Python. В его основе лежат следующие технологические решения:

  1. Математическое моделирование: библиотека NumPy генерирует трехмерный тензор координат и применяет к нему тригонометрическое уравнение гироида для миллионов точек.
  2. Градиентная пористость: программное прибавление линейно изменяющегося числового массива к результату уравнения позволяет плавно менять толщину стенок и размер каналов радиатора.
  3. Полигональная сетка: для извлечения изоповерхности применяется алгоритм «Marching Cubes» (Шагающие кубики) из библиотеки Scikit-Image, переводящий математические данные в 3D-треугольники.
  4. Герметичность геометрии: применение техники искусственной окантовки («Padding») позволяет «сшивать» края каналов с внешними стенками, формируя монолитную деталь.
  5. Интерфейс и ИИ: создан веб-интерфейс с помощью Streamlit. Внедрена интеграция с нейросетью pollinations.ai для генерации радиаторов по простым текстовым запросам пользователя.

Результаты и выводы. Разработанная программа успешно генерирует 3D-модели сложных теплообменных структур за считанные секунды, переводя процесс из ручного черчения в параметрическое программирование. Итоговые файлы экспортируются в промышленный формат STL и имеют замкнутую (manifold) топологию без ошибок геометрии. Это делает полученные математические модели полностью готовыми к производству методом селективного лазерного сплавления (SLM/DMLS) на заводских 3D-принтерах для дальнейших физических испытаний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Смотреть похожие работы

Информационно-исследовательский проект «Итоговая работа для 6 классов на тему «Исполнители в среде программирования Ку-Мир»

Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы

Цель проекта: создать интерактивную презентацию для обобщения знаний по теме «Алгоритмизация». Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: Изучить методическую литературу и Интернет-ресурсы по данной теме. Детально разобраться в сред…
Посмотреть работу

Проект «Исследование принципов работы и предложения по техническому усовершенствованию колеса обозрения в Дзержинске на основе робототехнического прототипа»

Цель работы: создать действующую модель карусели (по типу колеса обозрения в Дзержинске) с использованием конструктора LEGO WeDo и исследовать её как пример применения робототехники в обучении. Также рассмотреть новые принципы работы колеса обозрения…
Посмотреть работу

Исследовательская работа «Шифр Атбаш: история, принципы работы и применение»

Шифр Атбаш представляет собой один из самых древних известных способов шифрования текстов. Его суть заключается в простом моноалфавитном методе, где каждая буква исходного алфавита заменяется на «зеркальную» ей — первую букву заменяют на последнюю, в…
Посмотреть работу

Проект «Создание приложения «Меди-напоминатель»

Целью данного проекта является теоретическое обоснование, проектирование и разработка концептуального прототипа мобильного приложения «МЕДИ-НАПОМИНАТЕЛЬ», специально адаптированного под психофизиологические потребности людей старшего возраста. Задачи…
Посмотреть работу

Исследовательский проект «Интернет почтальоны. Кто доставляет наши сообщения?»

Цель исследования: изучить процесс передачи информации в сети Интернет, выявить ключевые устройства и технологии, обеспечивающие ее доставку, а также освоить инструменты анализа сети (Wireshark, Cisco Packet Tracer, traceroute) для наглядного отслежи…
Посмотреть работу

Исследовательская работа «Платформа для изучения работы датчиков VEX IQ»

Цель работы — разработать и обосновать образовательную платформу для комплексного изучения датчиков первого поколения VEX IQ младшими школьниками, которая интегрирует теоретические сведения об их устройстве и практические методы блочного программиров…
Посмотреть работу

Конкурс, в котором работа участвует

VIII Международный конкурс исследовательских работ школьников «Research start» 2025/26

Направление

Технические дисциплины

Форма представления работы

Проектная работа

Ключевые слова

Проект по программированию (Pascal, Python, Java, С, С++, C# и др.)

Дата публикации работы

15.05.2026