|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Математическое моделирование нелинейных динамических процессов в нестационарных физико-химических системахНИР
Mathematical modeling of nonlinear dynamic processes in non-stationary physico-chemical systems
- Руководитель НИР: Логинова М.М.
- Ответственный исполнитель: Варенцова С.А.
- Участники НИР: Дородницын Л.В., Егоренков В.А., Калачинская И.С., Куретова Е.Д., Кучик И.Е., Лысак Т.М., Песков Н.В., Савенкова Н.П., Семендяева Н.Л., Складчиков С.А., Широков И.А., Шобухов А.В.
- Подразделение: Лаборатория математического моделирования в физике
- Срок исполнения: 1 января 2021 г. - 31 декабря 2023 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 2.9.21
- Номер ЦИТИС: 121032400222-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Математическое моделирование и численные методы
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Информационно-телекоммуникационные системы
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 27.35.14 Математические модели аэро- и гидромеханики
- 27.35.36 Математические модели лазерной физики
- 27.41.19 Численные методы решения дифференциальных и интегральных уравнений
- 29.31.26 Спектроскопические методы и методики
- 29.31.27 Взаимодействие оптического излучения с веществом
- 29.33.47 Воздействие лазерного излучения на вещество
- 29.33.49 Лазерная спектроскопия
- Классификатор OECD: Математическая физика, Оптика
-
Ключевые слова:
математическая модель, электрохимия, диффузия, системы типа реакция-диффузия, нелинейная динамика, численные методы, электрокинетическое течение, генерация синтетической турбулентности, внешнее газодинамическое обтекание, модели трехмерных течений газа и жидкости, широкополосные тгц импульсы, уравнение шредингера, фотонные структуры, фемтосекундные лазерные импульсы, нелинейное взаимодействие, идентификация веществ, консервативные разностные схемы, наночастицы благородных металлов, неотражающие краевые условия
diffusion, nonlinear dynamics, systems of the reaction-diffusion type, electrochemistry, mathematical model, electrokinetic flow, numerical methods, external gas-dynamic flow around, models of three-dimensional gas and liquid flows, nonreflecting boundary conditions, generation of synthetic turbulence, broadband thz pulses, identification of substances, schrödinger equation, photonic structures, femtosecond laser pulses, conservative difference schemes, nonlinear interaction, nanoparticles of noble metals -
Описание:
Исследование нелинейных явлений, возникающих в полупроводнике под действием высокоинтенсивного лазерного импульса (оптической бистабильности, генерации TГц импульса). Исследования в области формирования нелинейно чирпированных солитонов и аберрационных солитонов при взаимодействии оптических фемтосекундных и пикосекундных первоначальных гауссовых импульсов с различными средами. Разработка новых методов и алгоритмов для задач обнаружения и идентификации веществ в реальных условиях на основе нестационарной ТГц спектроскопии. Математическое моделирование турбулентных течений в областях сложной формы на основе генератора синтетической турбулентности. Математическое моделирование внешнего газодинамического обтекания тел различной формы на сверхзвуковом и дозвуковом режимах.
-
Abstract:
Investigation of nonlinear phenomena occurring in a semiconductor under the action of a high-intensity laser pulse (optical bistability, THz pulse generation). Studies in the formation of nonlinearly chirped solitons and aberration solitons in the interaction of optical femtosecond and picosecond initial Gaussian pulses with various media. Development of new methods and algorithms for the detection and identification of substances in real conditions based on non-stationary THz spectroscopy. Mathematical modeling of turbulent flows in areas of complex shape based on a synthetic turbulence generator. Mathematical modeling of external gas-dynamic flow around bodies of various shapes in supersonic and subsonic modes.
-
Планируемые результаты:
1. Будут усовершенствованы математические модели и будет проведен анализ взаимодействия лазерного импульса с полупроводником. Будет исследовано влияние параметров системы, в том числе наличия внешнего электрического поля, на реализацию оптической бистабильности. 2. Будут получены приближенные аналитические решения, описывающие нелинейно чирпированные и аберрационные солитоны при различных предположениях относительно условий их распространения. 3. Будет проведено математическое моделирование эффекта преобразования частоты при нелинейном взаимодействии широкополосного ТГц импульса с веществом. Полученный эффект будет применен для детектирования и идентификации опасных веществ в реальных условиях. 4. На основе генератора синтетической турбулентности будет проведено математическое моделирование турбулентных течений в областях сложной формы. 5. Будут созданы универсальные алгоритмы генерации аккуратных пространственных сеток, позволяющие разрешить различные эффекты, возникающие при сверхзвуковом и дозвуковом обтекании моделей летательных аппаратов различной формы.
-
Научный задел:
Научный коллектив, выполняющий данные исследования, занимается математическим моделированием нелинейных динамических процессов в нестационарных физико-химических системах, в том числе задач взаимодействия лазерного излучения с веществом, более 30 лет. Коллектив выполнял проекты, посвященные разработкам численных методов для нелинейных уравнений, описывающих взаимодействия лазерного излучения с веществом; моделированию таких процессов; построению инвариантов нелинейных уравнений Шредингера, описывающих процессы взаимодействия фемтосекундных импульсов с веществом и т. д. Коллективом были предсказаны многие нелинейно-оптические эффекты, часть из которых подтверждена в физических экспериментах. Коллектив имеет большой опыт обработки результатов физических экспериментов. Коллектив располагает активной терагерцовой установкой, ИК камерой, визуализатором ИК излучения. Для проведения компьютерного моделирования коллектив имеет доступ к следующим серверам: 1. Сервер Dell PowerEdge R930 в полной конфигурации 2. Рабочая станция Dell Precision T7910 в полной конфигурации - 2 станции 3. Система хранения данных Dell PV NX3230 4. Сетевой коммутатор Dell Networking N4032F работает в режиме SFP 10GbE 5. Сервер Xeon Phy: Gladius 429XQ2424R-26384 и к различным типам ноутбуков для разработки и отладки компьютерных программ. У коллектива имеется большое количество научных публикаций по тематике проекта, индексируемых в международных научных базах данных Web of Science и SCOPUS, выполненных за последние 15 лет. В их числе - статьи, входящие в 1 квартиль базы данных Web of Science. Результаты исследований регулярно докладывались на ведущих международных и российских конференциях с участием представителей ведущих мировых компаний и научных центров в данной области. Таким образом, коллектив, выполняющий данный проект, имеет существенный научный задел по всем проблемам, рассматриваемым в нем.
- Добавил в систему: Варенцова Светлана Александровна
Соисполнители НИР
| МГУ имени М.В. Ломоносова | Координатор |
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Математическое моделирование нелинейных динамических процессов в нестационарных физико-химических системах |
| Результаты этапа: 1. Разработаны эффективные экономичные методы решения нестационарных нелинейных задач, описываемых уравнениями в частных производных. Исследованы итерационные процессы, реализующие консервативные разностные схемы. Предложенный подход представляет собой перспективную альтернативу широко применяемым для решения нелинейных задач методам расщепления. 2. Проведено исследование распространения волновых пучков в активных периодических структурах с квадратичной нелинейностью. Полученные результаты имеют важное значение для оптических линий связи и элементов оптической памяти. 3. Экспериментально продемонстрировано возникновение удвоенных частот поглощения, обусловленных процессом преобразования частоты, при отражении широкополосного ТГц-импульса от образца с неоднородной поверхностью. Удвоенные частоты поглощения использованы для детектирования и идентификации вещества с шероховатой поверхностью на основе применения метода нестационарной спектроскопии и интегральных корреляционных критериев. Проведена верификация метода нестационарной спектроскопии для климатических приложений, а именно, для анализа долгосрочной эволюции температуры и интенсивности городских островов тепла на примере мегаполиса Москвы. 4. Для многомерных разностных схем с центральными и направленными разностями построены и обоснованы дискретные граничные условия, понижающие ложное отражение волн. На основе рандомизированного спектрального метода разработан алгоритм эволюции синтетического турбулентного поля по времени. Предложена тензорная модификация дискретного алгоритма генерации осесимметричного турбулентного поля на базе фильтрации белого шума. 5. Проведено усовершенствование алгоритмов построения пространственных расчетных сеток для расчетов внешнего обтекания треугольного крыла с затупленными кромками и осесимметричного тела. Проведено моделирование сверхзвукового обтекания треугольного крыла с точным соблюдением параметров экспериментальных исследований. При моделировании дозвукового обтекания осесимметричного тела каплевидной формы использован турбулизатор, что позволило получить ламинарно-турбулентный переход и исследовать турбулентные пульсации. 6. Для задач четырёхволнового смешения построена консервативная разностная схема и проведены модельные расчётов. Проведено сравнение полученных результатов с построенным ранее аналитическим решением. Проведён анализ изменения режимов генерации в зависимости от параметров задачи. | ||
| 2 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Математическое моделирование нелинейных динамических процессов в нестационарных физико-химических системах |
| Результаты этапа: 1. Разработаны различные модификации многошаговых итерационных процессов, реализующих консервативные разностные схемы для нестационарных нелинейных задач, описываемых уравнениями в частных производных. 2. Проведено исследование солитонного режима распространения волновых пучков в активных периодических структурах с квадратичной нелинейностью. Построена математическая модель теплового баланса для долгосрочного прогнозирования средней температуры в тоннеле метрополитена и окружающей почве, проведено исследование температурных режимов функционирования тоннелей метрополитена. 3. Экспериментально продемонстрировано возникновение удвоенных частот поглощения при отражении широкополосного ТГц импульса от образца с неоднородной (вогнутой) поверхностью. Проведен анализ влияния водяного пара, содержащегося в воздухе, на обнаружение и идентификацию вещества. Найдены ТГц частотные диапазоны, в которых удвоенные частоты поглощения могут использоваться для идентификации при низкой, средней и высокой относительной влажности воздуха. 4. Построен генератор синтетической турбулентности на основе прямого тензорного метода фильтрации белого шума. Проведена численная валидация алгоритмов для различных вариантов осесимметричного турбулентного поля в кубической области. 5. Проведено большое количество численных экспериментов по моделированию сверхзвукового обтекания модели HB-2 вязким газом на основе квазигазодинамического (КГД) алгоритма. Получены оптимальные значения коэффициентов искусственной вязкости в КГД алгоритме. | ||
| 3 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Математическое моделирование нелинейных динамических процессов в нестационарных физико-химических системах |
| Результаты этапа: 1. Разработана модификация многоэтапного итерационного процесса, применяемого для численного решения нелинейной системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс взаимодействия оптического излучения с полупроводником. 2. Проведено исследование различных режимов распространения фемтосекундного лазерного излучения в активных периодических структурах с квадратичной нелинейностью. 3. Предложен метод определения амплитудного спектра широкополосного ТГц сигнала, прошедшего или отраженного от вещества, на основе использования метода нестационарной спектроскопии. 4. Построена модель корреляционного тензора, позволяющая применять ранее разработанный тензорный метод фильтрации для генерации синтетических турбулентных полей с заданной анизотропией при широком наборе параметров. 5. Проведено моделирование сверхзвуковой недорасширенной воздушной струи на основе квазигазодинамического (КГД) алгоритма в трехмерной постановке. Исследован процесс развития струйного течения во времени и формирования областей нестационарного течения. 6. Создан вычислительный комплекс по реализации математического моделирования последствий техногенных катастроф. Произведено моделирование управляющих параметров процесса электролиза алюминия в промышленной ванне. Проведено математическое моделирование гидродинамики идеального глаза. 7. Исследованы математические модели течения электролита во внешнем электрическом поле. 8. Предложена новая точечная модель каталитической реакции окисления метана на никеле, описывающая термокинетические колебания скорости реакции. Предложен новый метод расчёта кратности воздухообмена в тоннеле для поддержания температуры воздуха в заданных пределах. 9. Разработана система агентно-ориентированных стохастических моделей, описывающих распространение эпидемий на сетях сложной архитектуры. Проведено исследование нескольких математических моделей химических реакций, протекающих в реакторах идеального перемешивания. 10. Для задач ЧВС проведено сравнение расчётов, полученных с помощью аналитического решения и с помощью консервативной разностной схемы, для различных режимов четырёхволнового взаимодействия. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
Прикрепленные файлы
| № | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
|---|