Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Окадзима Джунносуке Япония
Номер договора
075-15-2019-1878
Период реализации проекта
2019-2021
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

10
Количество специалистов
21
научных публикаций
4
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Результатами исследований лаборатории станут эффективные алгоритмы моделирования сложных течений в активных средах с химическими реакциями, фазовыми переходами и биологическими процессами, численные методы и алгоритмы моделирования горения капель топлива в условиях, типичных для гибридных ракетных двигателей.

Название проекта:

Высокопроизводительные вычисления динамического поведения реакционно-диффузионных систем для практических задач биотехнологии, биомедицины и производства энергии


Цели и задачи

Направление исследований:

Информатика – теория и методы

Цель проекта:

Разработка универсальной платформы для эффективного моделирования динамического поведения и формирования моделей для сложных реакционно-диффузионных систем, которые объясняют явления кондуктивного и конвективного переноса в любой сплошной жидкости с учетом химических реакций, био-процессов, горения, фазовых переходов и другого.

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Экспериментально и численно исследован механизм образования затопленных струй при поверхностном и объемном вскипании жидкости около конца световода, через который проходит лазерное излучение. Показано, что взаимодействие схлопывающегося пузырька с торцом световода приводит к формированию горячей струи жидкости. Исследовано влияние параметров жидкости, геометрии световода и интенсивности лазерного излучения на скорость струи. Полученные результаты имеют важное значение для развития новых операционных медицинских технологий лазерного хирургического лечения широкого спектра распространенных заболеваний. Решена обратная задача (задача оптимального управления) для квазилинейной радиационно-кондуктивной модели теплопередачи эндовенозной лазерной абляции. Предложен итерационный алгоритм решения задачи оптимального управления и продемонстрирована его эффективность на численном примере.
  • В рамках совместных исследований распространения волн фито- и зоопланктона было численно исследовано распространение одномерных и двумерных волн популяций в рамках модели «хищник-жертва» с трофической функцией Ардити - Гинзбурга. Рассматривалось распространение популяционных волн добычи и хищника, а также распространение волн сосуществующих популяций. Моделирование показало, что даже в случае неустойчивого квазиравновесного состояния системы, которое устанавливается за фронтом бегущей волны, скорость распространения совместной волны заселения является четко определенной функцией. Вычисленная средняя скорость распространения ячеистого нестационарного волнового фронта определяется однозначно для заданного набора параметров задачи. Оценки скорости распространения волн получены как для случая плоских, так и для клеточных волновых фронтов популяций. Структура и скорость распространяющейся наружу круговой ячеистой волны исследуются для уточнения влияния локальной кривизны и масштабирования на динамику волны.
  • Численно исследованы условия, определяющие возникновение хаотических или вращающихся динамических режимов при распространении пламени в узких цилиндрических образцах энергетических материалов в рамках двух моделей, различающихся описанием теплопотерь с поверхности образца. Показано, что основным фактором, определяющим волновую динамику, является толщина образца. В достаточно тонких образцах преобладает осесимметричный режим неустойчивости, а динамика пламени зависит от интенсивности теплопотерь. С увеличением их интенсивности автоколебательная динамика сначала трансформируется в хаотическую через удвоение периода каскада Фейгенбаума, а с дальнейшим увеличением тепловых потерь происходит динамическое затухание. Однако, если образец достаточно толстый, наиболее нестабильной модой является мода с ненулевым азимутальным волновым числом, что приводит к формированию вращающихся структур.
  • Выполнено численное моделирование фильтрационного горения газов с детальным рассмотрением процессов горения и теплопереноса в пористой матрице, состоящей из однослойной упаковки твердых шаров. Для верификации численных результатов создана специальная горелка, позволяющая получить экспериментальные данные о процессах горения и температуре твердой фазы, происходящие в межпоровом пространстве. Результаты показывают, что распространение волны фильтрационного горения газов сопровождается колебаниями двух типов четко разделяющихся по частотам и амплитудам колебаний. Данные численных расчетов хорошо совпадают с экспериментальными данными по частотам и амплитудам колебаний пламени. Полученные результаты имеют важное значение для понимания детальных процессов горения газов в радиационных горелках с фильтрационным горением газов, которые разрабатываются для создания новых технологий в энергетике.

Внедрение результатов исследования:

  • Результаты исследований в области фильтрационного горения с учетом радиационного теплопереноса нашли свое отражение при разработке опытного образца установки для совместного сжигания газа и угля, внедрение которой планируется на объектах энергетики Приморского края.
  • Результаты экспериментальных и численных исследований физических основ лазерной хирургии нашли свое применение в медицинских технологиях лазерного хирургического лечения патологически измененных сосудов и кист.

Образование и переподготовка кадров:

Совместно с ДВФУ разработана и успешно внедрена в учебный процесс обновленная образовательная программа подготовки магистров по направлению «Прикладная математика».

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создана универсальная вычислительная платформа, которая позволяет эффективно моделировать динамическое поведение сложных реакционно-диффузионных систем с фазовыми переходами, такими как волны горения, границы раздела при кипении и конденсации жидкостей, фронты распространения биологических популяций и другие. Вычислительные возможности, созданные в рамках проекта в ИПМ ДВО РАН, позволят модернизировать существующую распределенную вычислительную среду Дальневосточного региона России.

Сотрудничество:

  • Университет Тохоку (Япония): совместные исследования, публикации в ведущих международных научных журналах, участие в совместных научных проектах.
  • Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (Россия): совместные исследования, публикации в ведущих международных научных журналах, организация и проведение совместных научных мероприятий, участие в совместных проектах.
  • Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук, Дальневосточный федеральный университет (Россия): совместные исследования, публикации в ведущих международных научных журналах.
  • Владивостокский государственный университет (Россия): совместные исследования, публикации в ведущих международных научных журналах, организация и проведение совместных научных мероприятий.

Скрыть Показать полностью
Miroshnichenko, T., Gubernov, V., Minaev, S., Mislavskii, V., Okajima, J.
PIECEWISE LINEAR MODEL OF PHYTOPLANKTON WAVE PROPAGATION IN PERIODICAL VORTEX FLOW, (2022) SIAM Journal on Applied Mathematics, 82 (1), pp. 294-312. DOI: 10.1137/21M1405861
Fursenko, R.V., Yakovlev, I.A., Odintsov, E.S., Zambalov, S.D., Minaev, S.S.
Pore-scale flame dynamics in a one-layer porous burner, (2022) Combustion and Flame, 235, статья № 111711. DOI: 10.1016/j.combustflame.2021.111711
Fursenko, R.V., Gubernov, V.V., Kosyakov, V.A., Shupik, A.A., Kichatov, B.
Combustion of Lean Methane–air Flames in Mesoscale Reactor with Opposite Gas Flows, (2022) Combustion Science and Technology, 194 (9), pp. 1872-1894. DOI: 10.1080/00102202.2020.1842381
Chudnovskii, V.M., Guzev, M.A., Yusupov, V.I., Fursenko, R.V., Okajima, J.
Study of methods for controlling direction and velocity of liquid jets formed during subcooled boiling, (2021) International Journal of Heat and Mass Transfer, 173, статья № 121250. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121250
Dmitriev, A.M., Osipova, K.N., Shmakov, A.G., Bolshova, T.A., Knyazkov, D.A., Glaude, P.A.
Laminar flame structure of ethyl pentanoate at low and atmospheric-pressure: Experimental and kinetic modeling study, (2021) Energy, 215, статья № 119115. DOI: 10.1016/j.energy.2020.119115
Sereshchenko, E.V., Fursenko, R.V., Minaev, S.S.
Numerical study of combustion regimes in thermally coupled system with solid phase reaction and premixed gas flame in porous medium, (2021) Proceedings of the Combustion Institute, 38 (4), pp. 5673-5683. DOI: 10.1016/j.proci.2020.08.044
Knyazkov, D.A., Bolshova, T.A., Shvartsberg, V.M., Chernov, A.A., Korobeinichev, O.P.
Inhibition of premixed flames of methyl methacrylate by trimethylphosphate, (2021) Proceedings of the Combustion Institute, 38 (3), pp. 4625-4633. DOI: 10.1016/j.proci.2020.06.048
Fursenko, R.V., Chudnovskii, V.M., Minaev, S.S., Okajima, J.
Mechanism of high velocity jet formation after a gas bubble collapse near the micro fiber immersed in a liquid, (2020) International Journal of Heat and Mass Transfer, 163, статья № 120420. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120420
Gerasimov, I.E., Knyazkov, D.A., Bolshova, T.A., Shmakov, A.G., Korobeinichev, O.P., Carbonnier, M., Lefort, B., Kéromnès, A., Le Moyne, L., Lubrano Lavadera, M., Konnov, A.A., Zhou, C.-W., Serinyel, Z., Dayma, G., Dagaut, P.
Methyl-3-hexenoate combustion chemistry: Experimental study and numerical kinetic simulation, (2020) Combustion and Flame, 222, pp. 170-180. DOI: 10.1016/j.combustflame.2020.08.028
Miroshnichenko, T., Gubernov, V., Minaev, S.
Hydrodynamic instability of premixed flame propagating in narrow planar channel in the presence of gas flow, (2020) Combustion Theory and Modelling, 24 (2), pp. 362-375. DOI: 10.1080/13647830.2020.1716075
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория «Гибридные методы моделирования и оптимизации в сложных системах»

Сибирский федеральный университет - (СФУ)

Компьютерные и информационные науки

Красноярск

Станимирович Предраг Стеван

Сербия

2022-2024

Лаборатория «Исследование сетевых технологий с ультра малой задержкой и сверхвысокой плотностью на основе широкого применения искусственного интеллекта для сетей 6G»

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

Компьютерные и информационные науки

Санкт-Петербург

Абд Эль-Латиф Ахмед Абдельрахим

Египет

2022-2024

Лаборатория нелинейной и микроволновой фотоники

Ульяновский государственный университет - (УлГУ)

Компьютерные и информационные науки

Ульяновск

Тейлор Джеймс Рой

Великобритания, Ирландия

2021-2023