Гориховский В.И., Нагнибеда Е.А. «Оптимизация моделирования колебательной кинетики углекислого газа в полном поуровневом приближении» Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия, 65, № 3, с. 527-538 (2020)

Численное моделирование неравновесной кинетики углекислого газа в полном поуровневом приближении представляет собой трудоемкую вычислительную задачу, которая включает решение огромной жесткой системы дифференциальных уравнений и требует оптимизированных методов для ее решения. В настоящем исследовании мы предлагаем оптимизацию для расширенного метода Гира (EBDF). Использование адаптивного шага по времени вместо фиксированного сокращает количество шагов в алгоритме во много тысяч раз, хотя и увеличивает время выполнения каждого шага. Использование параллельных вычислений для нахождения релаксационных членов в уравнениях кинетики позволяет еще больше сократить время расчетов. Численные эксперименты по моделированию колебательной релаксации пространственно-однородного углекислого газа проводились с помощью оптимизированных вычислительных схем разных порядков. Рекомендован оптимальный алгоритм расчетов: параллельная EBDF-схема четвертого порядка с адаптивным временным шагом. Этот метод требует меньше вычислительных затрат времени и памяти, а также обладает высокой стабильностью.

Четверушкин Б.Н., Мингалев И.В., Чечеткин В.М., Орлов К.Г., Федотова Е.А., Мингалев В.С., Мингалев О.В. «Модели общей циркуляции атмосферы Земли. Достижения и направления развития» Математическое моделирование, 32, № 11, с. 29-46 (2020)

Изложен анализ уровня описания главных физических процессов в атмосфере Земли в современных моделях общей циркуляции атмосферы Земли и дан краткий обзор современных моделей, используемых основными прогностическими центрами. Обсуждаются перспективные направления развития моделей общей циркуляции атмосферы Земли.

Гаврилов С.В. «Численный метод определения границы неоднородности в задаче электроимпедансной томографии в случае кусочно-постоянной проводимости» Математическое моделирование, 32, № 11, с. 59-69 (2020)

Рассматривается двумерная задача электроимпедансной томографии в случае кусочно-постоянной электрической проводимости, принимающей два известных значения. Требуется определить границу между областями, имеющими различную проводимость. Исходной информацией для решения задачи являются несколько пар распределений тока и напряжения на внешней границе тела. Предлагается численный метод определения неизвестной границы, приводятся результаты вычислительных экспериментов.

Брагин М.Д. «Энтропийная устойчивость бикомпактных схем в задачах газовой динамики» Математическое моделирование, 32, № 11, с. 114-128 (2020)

Полностью дискретные бикомпактные схемы четвертого порядка аппроксимации по пространству исследуются на энтропийную устойчивость в задачах газовой динамики. Выводятся выражения для скорости производства энтропии в этих схемах. Получаются качественные оценки для поведения этой величины. На примере тестовых одномерных задач Римана выполняется численный анализ скорости производства энтропии у бикомпактных схем первого и третьего порядков аппроксимации по времени. Из результатов данного анализа делается заключение о том, необходима ли для бикомпактных схем какая-либо энтропийная коррекция.

Кащенко Н.М., Ишанов С.А., Мациевский С.В. «Численное исследование инкремента градиентно-дрейфовой неустойчивости на фронтах экваториальных плазменных пузырей» Математическое моделирование, 32, № 11, с. 129-140 (2020)

Наземные и спутниковые измерения, а также численное моделирование пространственной структуры экваториальных ионосферных пузырей проводятся достаточно интенсивно. Эти данные показывают, что долготные и высотные градиенты логарифма электронной концентрации на вертикальных границах пузырей могут достигать значений 0.001·1/м и 0.0001·1/м соответственно. При таких градиентах электронной концентрации возможно развитие градиентно-дрейфовой неустойчивости. Эта неустойчивость может генерировать неоднородности ионосферной плазмы с пространственно-временными масштабами, характерными для экваториального F-рассеяния. В данной статье представлены результаты расчетов инкрементов нарастания градиентно-дрейфовой неустойчивости на границах ионосферных пузырей. Пространственно-временная структура экваториальных плазменных пузырей получена численным моделированием. Это моделирование основано на двумерной численной модели неустойчивости Рэлея–Тейлора в экваториальной ионосфере Земли. Эта модель построена при условии, что рэлей–тейлоровские и градиентные неоднородности сильно вытянуты вдоль силовых линий магнитного поля. Инкременты нарастания градиентно-дрейфовой неустойчивости плазмы получены из дисперсионного уравнения. Результаты численных экспериментов подтверждают возможность генерации градиентно-дрейфовой неустойчивости ионосферной плазмы. Это происходит за счет значительных долготных и высотных градиентов плазмы на фронтах развитого экваториального плазменного пузыря. При этом инкремент нарастания градиентно-дрейфовой неустойчивости может достигать значений 1/(170 с). Градиентно-дрейфовая неустойчивость может быть причиной экваториального F-рассеяния.

Бахвалов П.А., Козубская Т.К. «Об использовании искусственной вязкости в рёберно-ориентированных схемах на неструктурированных сетках» Математическое моделирование, 32, № 12, с. 114-128 (2020)

При решении многомерных задач газовой динамики конечно-объёмные схемы, использующие полные (т.е. основанные на трёхволновой конфигурации) решатели задачи Римана страдают от ударно-волновой неустойчивости. Она может проявляться в виде осцилляций на ударных волнах, не подавляемых ограничителями наклонов, или приводить к качественно неверному решению (карбункул-эффект). Для борьбы с неустойчивостью можно вблизи ударной волны переключаться на неполные решатели, основанные на двухволновой конфигурации, или вводить искусственную вязкость. В статье проводится сравнение этих двух подходов на неструктурированных сетках применительно к схеме EBR-WENO для аппроксимации конвективных членов и классическому методу Галёркина для аппроксимации диффузионных членов. Показывается, что метод введения искусственной вязкости обычно позволяет точнее воспроизвести картину течения за фронтом ударной волны. Однако на трёхмерной неструктурированной сетке он вызывает провалы перед фронтом, глубина которых зависит от качества сетки, что может приводить к аварийной остановке расчёта. Переключение на неполный решатель в этом случае даёт удовлетворительные результаты при значительно меньшей чувствительности к качеству сетки.

Ерёменко А.Ю., Косарим С.С. «Пакет программ "Логос". Методика расчета отклика конструкции при действии широкополосной случайной вибрации» Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов, № 2, с. 71-85 (2020)

Рассмотрены особенности реализации методики расчета отклика конструкции при действии широкополосной случайной вибрации в пакете программ "Логос". Подробно описан вывод соотношений для получения спектрального отклика конструкции. Приведено описание двух реализованных методов интегрирования отклика конструкции по частоте для получения среднеквадратичных отклонений результирующих величин. Выполнено сравнение точности методов интегрирования на примере решения задачи о получении вибрационного отклика контейнера при перевозке. По результатам сравнения дается заключение о применимости рассмотренных методов

Мазепа Е.Е., Кусаинов П.И., Лукашов О.Ю., Крайнов А.Ю. «О численном решении задачи распространения воздушных ударных волн в горных выработках шахты» Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, № 64, с. 108-120 (2020)

Представлена физико-математическая модель распространения воздушных ударных волн в сети выработок угольной шахты после мгновенного взрыва метано-воздушной смеси на заданном участке. Представлен подход к реализации метода решения задач о распространении воздушных ударных волн в разветвленной сети горных выработок с учетом произвольных углов их сопряжения. Приведены результаты расчетов распространения воздушных ударных волн в модельных сетях выработок шахты. DOI: 10.17223/19988621/64/8

Хитрых Д.П., Маламанов С.Ю., Павловский В.А. «К вопросу построения имитационной модели водяной системы пожаротушения судна» Морские интеллектуальные технологии, 1, № 2, с. 210-215 (2019)

Представлены результаты численных расчетов гидравлических и кавитационных характеристик шарового крана, выполненных с целью построения ROM-модели арматуры для последующего использования ROM-модели в виде FMU-блока в глобальной системной модели водяной пожарной системы судна. Проведено исследование возможности двустороннего сопряжения (co-simulation) системного теплогидравлического кода Flownex c газодинамическим решателем ANSYS CFX. Для расчета кавитации применялась стандартная модель Zwart et al. Использовалась вихреразрешающая модель турбулентности SBES c подсеточной моделью WALE. Для оценки акустических характеристик арматуры использовался интегральный метод Фокса Вильямса–Хокингса. Спектры пульсаций давления в дальнем акустическом поле вычислялись на основе быстрого преобразования Фурье. Разработанный метод генерации ROM-моделей элементов гидравлических сетей на базе многофакторных численных расчетов в ANSYS.

Хитрых Д.П., Маламанов С.Ю., Павловский В.А. «Численное исследование кавитации и кавитационного шума в трубопроводе с дроссельной шайбой» Морские интеллектуальные технологии, 1, № 2, с. 216-223 (2019)

Представлены результаты численного моделирования кавитации и кавитационного шума в трубопроводе с дроссельной шайбой. Исследование влияния кавитации на акустические колебания и резонансные явления позволяют лучше понять механизм генерации шума, который сопровождает кавитационные течения в дроссельных каналах. Для расчета кавитационного шума применялся интегральный метод Фокса Вильямса–Хокингса. Спектры пульсаций давления в дальнем акустическом поле вычислялись на основе быстрого преобразования Фурье. Для получения информации о нестационарных характеристиках потока при моделировании на основе SAS-SST модели турбулентности и для расчета шума набиралась статистика, временная протяженность которой составляла 0.15 сек. LES расчеты кавитационного течения в канале с дросселем были выполнены на основе решения двухмерных уравнений с учетом осевой симметрии. Результаты численных расчетов, выполненных с помощью LES/FWH и SAS/FWH методов, сравниваются с доступными экспериментальными данными.

Стародубцев П.А., Сторожок Е.А. «Идентификация источника сигнала в измерительном узле системы морского экологического и гидроакустического мониторинга» Морские интеллектуальные технологии, 2, № 1, с. 212-214 (2020)

Вероятность ложной тревоги в измерительном узле системы морского экологического и гидроакустического мониторинга может быть снижена, если проводить первичную идентификацию источника сигнала. С этой целью необходимо предусмотреть наличие в составе узла базы данных шумовых портретов целей. Сигналы с выхода предварительного усилителя измерительного узла сравниваются с сигналами, хранящимися в базе данных, путём вычисления среднеквадратического отклонения. Определяется сигнал с минимальным отклонением и соответствующий ему источник. Сравнение сигналов может быть произведено и путём вычисления корреляционной функции. В данной статье приводятся результаты компьютерного моделирования блока первичной классификации измерительного узла в системе MATLAB&SIMULINK. Сравниваемые сигналы представлены во временной области. Вероятность правильной идентификации может быть увеличена, если проводить сравнение спектров сигналов

Бобков В.Г., Бондарев А.Е., Бондаренко А.В., Галактионов В.А., Жуков В.Т., Мануковский К.В., Новикова Н.Д., Феодоритова О.Б. «Численное исследование аэродинамики вертикально-осевых ветротурбин» Математическое моделирование, 32, № 11, с. 99-113 (2020)

Представлена методология и результаты параметрических исследований вертикально-осевых ветроэнергетических установок на основе трехмерных аэродинамических расчетов. Для модельной ветротурбины с тремя витыми лопастями изучена зависимость вращающего момента от скорости ветра, скорости вращения турбины и от вариации геометрических параметров, определяющих конструкцию турбины. Получены оценки амплитуды пульсаций момента вращения ветротурбины в зависимости от задаваемых параметров.