机械工程一直持有强烈的在所有工程学科中,甚至在面临技术变化的时候。奥罗·阿什什·萨哈概述了明天的机械工程师所需要的技能,发展他们的事业
机械手

几十年来,机械工程一直牢牢地掌握在所有工程学科中,甚至在面临巨大变化的技术情景时。为了维护它的原始位置,机械工程师必须放眼未来,为未来几十年的技术事业创造条件。

本文着眼于培养未来机械工程师所需技能的新课程开发。专业课程如计算流体动力学(CFD),微机电系统(MEMS)和微纳米流体学,非平衡态和量子热力学将使机械工程师能够满足未来的技术需求。

机械工程师必须运用他们的智力能力来迎接设计带来的挑战,经济、环境和社会约束。工程师需要灵感来自自然,他们的目标是工作在这些强加的约束。

工程师们现在或将来所承担的所有任务都应该具有创新精神和创造力。采取的技术方法也需要认知的需要可持续性是解锁的关键解决方案。

对于利用自然灵感的发明和发现的设计方法学,工程师必须使用与自然界相同的概念,在他们的所有任务。为此,必须开发一个以自然为灵感的工程生态系统。在它的框架内至少需要三个工具或组件,如模拟,,能源量子.以下各节描述能够开发这种生态系统的要素。

模拟:是不必提及所扮演的角色在实现仿真模拟或simulation-driven设计[1]和机械工程师预计将使用superengineering技能。今天,模拟后,进行多尺度[2]和多重物理量模型范例。这种建模方法考虑模型在不同的尺度上,股票宏观模型的效率以及准确性的微观模型通过连接工程应用程序与基础科学提供统一的建模方法。

能源:这包括世代,转换,转移,存储,保护,常规能源和可再生能源的管理和环境污染控制。满足能源需求在空中运输,水,路,空间和地面应用程序。能源用于冷却电子和计算需要保护的努力通过热电转换[3]。燃料电池能量转换和电池存储技术需要针对经济性进行设计,效率和能量密度。小型设备目前非常重要,将继续在不久的将来仍然如此。

量子:量子研究能够基本理解物质和力的组成部分的相互作用。设计基于量子方法提供更好的工作系统或补充现有的设计方法。热电[4]和电化学能系统设计可从基于量子的设计方法中充分受益188betsport。传统的经典计算方法当被量子对应提供相当大的好处在不久的将来当量子计算机技术成为现实。

未来的技术要求


  • 计算流体动力学

经营范围:对包含能量的流体流动物理的数值处理,物种和动量传递机制[5]。通过回顾控制方程理解基本概念,有限差分的数值discretisation,有限体积和有限元素方法覆盖类型的液体流动即不可压缩,可压缩,层流和湍流,牛顿流体和复杂流体。

在CFD研究中,模拟是在宏观尺度上进行的。利用有限差分法(FDM)进行数值处理需要掌握基于连续体的仿真工具,OpenFas沫〔6〕7)基于有限体积法(FVM)和基于有限元法(FEM)的Elemer[8]。

  • 微机电系统和微纳米流体

经营范围:在微观物理学,纳米和分子尺度操控非常小的流体处理的新现象。包含能量的流体流,包括物种和动量以及电荷传输机制。通过表面张力驱动的毛细管的基本概念理解,动电的和滑流[9]现象是很重要的。

在MEMS和微纳米流体学研究中,仿真是在微纳或原子/分子尺度。模拟的方法可用,particle-based分子动力学,直接模拟蒙特卡罗格子玻尔兹曼方法玻尔兹曼输运方程[10]着重于多物理和多尺度建模方法。

  • 非平衡与量子热力学

范围:统一理解复杂系统,如量子能量传输,计算,生物学和金融[11]。理解动力学气体理论的基本概念,非平衡或不可逆热力学,量子力学都包含在这里。不可逆过程和耦合现象可以研究[12]。在非平衡和量子热力学研究中,模拟包括上述所有尺度,即:多尺度建模包括亚原子量子尺度。可用的工具来探索量子模拟ShengBTE[13]和QuTiP [14]。表1提供了上述内容的概要特性。188bet亚洲体育

表1: 总结机械工程课程188bet亚洲体育的特点
利用自然灵感的发明和发现进行设计 计算流体动力学 MEMS与微纳米流体学 非平衡与量子热力学
通过基本概念理解 1)管理PDE方程

2)利用有限差分法进行数值离散,有限体积法和有限元法

3)可压缩和不可压缩流

4)层流和湍流流动

5)牛顿流体和复合流体

1)表面张力驱动的毛细管流动

2)电动流

3)滑移流动

1)气体分子运动论

2)非平衡或不可逆热力学

3)量子输运

模拟预测 1)有限差分法中的数值计算

2)OpenFOAM有限体积法

3)有限元中的埃尔默

1)分子动力学

2)DSMC

3)LBM

4)耳背式

5)VOF

6)主任

1)量子模拟

2)圣伯特

3)

建模规模和其他显著特征188bet亚洲体育 宏观尺度,连续体,基于网 微纳,多尺度和多重物理量,连续体和非连续体,,

微粒,无网格

纳米,量子,多尺度,颗粒物
应用程序 工业,汽车,航空航天 生物技术、微机电系统,医学,芯片实验室 热电的,,

计算,生物学,,

金融

本文讨论了适应新课程的机械工程的研究。机械工程专业的毕业生将能够通过发展所需的技能在未来几年保持他们的竞争优势,正如上面讨论的课程描述。

作者: Auro Ashish Saha在机械工程系工作,庞迪切里工程学院本地治里印度.电子邮件:asaha@pec.edu.

工具书类
1。Auro阿施施萨哈,培训指导计算机辅助工程和设计,,http://www.engineersjou..ie/2015/10/27/计算机辅助工程和设计培训指南/
2.E渭南,多尺度建模原理,剑桥大学出版社,纽约,2011。
3.维尔伊科·兹拉蒂奇和雷内·蒙尼尔,,现代热电理论,牛津大学出版社,牛津,2014.
4。Kamran Behnia,,热电原理,牛津大学出版社,伦敦,2015。
5。H.Versteeg和W.Malalasekra,,介绍了计算流体动力学,皮尔森英格兰,2007.
6。开泡剂,,www.open..org.
7.Auro阿施施萨哈,培训能力开发CFD方法,正在准备的手稿。
8。埃尔默,www.elemerfem.org.
9。P阿伯格尔和N.T阮,,纳米流体力学,Artech房子,波士顿,2009。
10。gKarniadakis等人,微流和纳米流,Springer纽约,2005。
11.Gunter Mahler,量子热力学过程,CRC出版社,博卡拉顿2015。
12。Yasar德米雷尔,,非平衡态热力学,爱思唯尔牛津,2014.
13。吴李et al。“声子玻尔兹曼输运方程的求解器”,’COMP理论物理。Commun。,185年,页。1744-1758,2014.
14.J。R.约翰逊等人“QuTiP 2: Python框架开放量子系统的动力学,’COMP理论物理。通讯.184,1234年,2013。

http://www.engineersjou..ie/wp-content/uploads/2017/05/Fluid-..jpghttp://www.engineersjou..ie/wp-content/uploads/2017/05/Fluid-.-300x300.jpg戴维奥里奥登机械手机械、纳米技术
几十年来,机械工程一直牢牢地掌握在所有工程学科中,甚至在面临巨大变化的技术情景时。为了维护它的原始位置,机械工程师必须放眼未来,为未来几十年的技术生涯创造条件。