Главная Работы на конкурс Предметное образование Технические дисциплины
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:
- Математическое моделирование: библиотека NumPy генерирует трехмерный тензор координат и применяет к нему тригонометрическое уравнение гироида для миллионов точек.
- Градиентная пористость: программное прибавление линейно изменяющегося числового массива к результату уравнения позволяет плавно менять толщину стенок и размер каналов радиатора.
- Полигональная сетка: для извлечения изоповерхности применяется алгоритм «Marching Cubes» (Шагающие кубики) из библиотеки Scikit-Image, переводящий математические данные в 3D-треугольники.
- Герметичность геометрии: применение техники искусственной окантовки («Padding») позволяет «сшивать» края каналов с внешними стенками, формируя монолитную деталь.
- 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.
Смотреть похожие работы
Проект «Разработка цифрового образовательного ресурса по изучению организма человека»
Исследовательская работа «Исследование влияния различных режимов адаптивного поведения AI-чатбота DUMB-AI на качество ответов при решении задач разных типов»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Научно-исследовательский проект «Компьютерное зрение CV»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Научно-исследовательская работа «Гибридный алгоритм автоматической расстановки фортепианной аппликатуры на основе правил и динамического программирования»
Доступна к просмотру полнотекстовая версия работы
Проектная работа «Разработка программного продукта «Магазинчик» на базе языка программирования Lua»
Информационно-исследовательский проект «Исполнители в среде программирования Ку-Мир»
Мероприятие завершено
Добавить комментарий