Den konstruktive teorien om global optimalisering under lokale begrensninger, opprettet av Adrian Bejan , forklarer på en enkel måte fremveksten av mange naturlige former, spesielt trestrukturer, som uttøringsspalter, bølger av elver, lunger, trær ... Den konstruktive ideen er at strømningsarkitekturer er født fra et prinsipp om å maksimere tilgangen til strømmer over tid, kombinert med deres evne til å transformere.
Denne teorien gjør det mulig å designe optimaliserte systemer ved å distribuere så godt som mulig de uunngåelige indre motstandene til det konstruerte systemet, for eksempel et kjølesystem av varmeoverføringsfluid, et vannfordelingsnett, etc.
Constructal-teorien ble opprettet på slutten av 1990 - tallet av Adrian Bejan , som ble uteksaminert fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) i 1975 (doktorgrad i mekanikk ).
Professor Bejan har undervist ved MIT siden 1976 og er for tiden professor i mekanikk ved Duke University .
Hans forskning dekker følgende områder: minimering av entropiproduksjon , eksergianalyse , kondens, konveksjon i porøse medier, overgang til turbulens, etc.
"Constructal" er et ord som er laget av Bejan fra det latinske construere (å bygge), ved symmetri med geometrien " fraktal ", dannet på det latinske fragere (å bryte). Ordet betegner, i samsvar med hans teori, systemer som selvoptimaliserer seg over tid, som hydrologiske nettverk og trær, men også teknologiske former som skyldes en evolusjonær prosess for å maksimere tilgangen til jorden.
Den konstruksjonelle metoden følger tre trinn: bestem den elementære formen, sett sammen flere av dem og få frem den generelle formen.
For eksempel, i systemer som flyter fra et punkt til en overflate eller fra et punkt til et volum, gir konstruksjonsteori trearkitekturer, disse strømningene må presentere minst to forskjellige motstandsregimer. Teorien gjelder også for alle skalaer: fra mikroskopiske til makroskopiske systemer.
applikasjon | Flux | Trekanaler | Mellomliggende mellomrom |
---|---|---|---|
Elektroniske pakker | Varme | Innsatser med høy ledningsevne | Substrat med lav ledningsevne |
Bytrafikk | Mennesker | Biltrafikk | Gå i den urbane strukturen |
Vannskilt | Vann | Bekker og elver | Darcy fluks i et porøst medium |
Lunger | Luft | Luftveier og bronkier | Diffusjon i alveolære vev |
Blodsystem | Blod | Blodkar, kapillærer, arterier og vener | Diffusjon i hårvev |
Et viktig prinsipp med konstruksjonsteori er at alle systemer er bestemt for å forbli ufullkomne på grunn av den uunngåelige eksistensen av interne motstander (friksjon, etc.). Fra et konstruksjonsmessig synspunkt er det beste som kan gjøres å distribuere disse ufullkommenhetene optimalt, og det er nettopp fra denne optimale fordelingen av ufullkommenheter at formen på systemet spontant kommer fram.
Spesielt er en av måtene for å distribuere disse ufullkommenhetene optimalt å distribuere det sterkeste regimet i systemet til den minste skalaen i systemet.
Konstruksjonsprinsippet ble uttalt som følger av Adrian Bejan i 1996:
“For at et endelig system skal vare over tid, må det utvikle seg på en slik måte at det gir enkel tilgang til strømningene som går gjennom det. "
Den constructal loven er prinsippet som genererer den "perfekte" form, som faktisk er den minst ufullkommen skjema mulig.
Konstruksjonsteorien er prediktiv og kan derfor verifiseres. Det konstruktive prinsippet med treflytarkitektur har således gjort det mulig å forutsi på en helt deterministisk måte mange empiriske allometriske lover , for eksempel:
Den konstruktive loven Bejan forklarer også hvorfor bronkiene har et tre med 23 nivåer av bifurkasjon. Den konstruktive arkitektoniske modellen til bronkiene har således levert på en deterministisk måte: