Программа, Краткие тезисы, Список участников Москва Долгопрудный 2011 г. Общая информация

«Численное моделирование переходных процессов при отклонении органов механизации крыла»

Проведено моделирование обтекания профиля крыла NACA-0012 с двумя вариантами механизации: со спойлером и без. Задача решена в нестационарной постановке при помощи нового бессеточного метода прямого численного моделирования – метода вязких вихревых доменов. Моделирование проведено при числе Рейнольдса . Детально рассмотрен переходный процесс открытия спойлера. Воспроизведен эффект кратковременного увеличения подъемной силы в начале процесса. Получены результаты, хорошо согласующиеся с известными экспериментальными данными. Показано, что заложенные параметры расчета позволяют адекватно моделировать данный физический процесс. Разработан программный комплекс, реализующий метод вязких вихревых доменов.

Завершинский Дмитрий Игоревич (СГАУ им. С.П.Королева, студент)

«Автоволновые структуры в межзвездной среде с акустической неустойчивостью»

В средах, где имеется стационарный объемный источник тепловыделения, мощность которого зависит от температуры и плотности, существенную роль в эволюции возмущении играет наличие тепловых неустойчивостей. В своей работе[1] Филд провел детальный анализ тепловых неустойчивостей, с помощью введения обобщенной функции тепловыделения было разделено три типа тепловой неустойчивости. К типам тепловой неустойчивости относятся изохорическая, изобарическая и акустическая(изоэнтропическая) неустойчивости. Нами была рассмотрена задача эволюции возмущения малой амплитуды в среде с акустической неустойчивостью, при условии, что она является изобарически и изохорически устойчивой. Исследование проводилось с помощью основной системы газодинамики. С помощью данной системы было полученное дисперсионное уравнение и продемонстрировано, что условие усиления волны представляет собой условие акустической неустойчивости и совпадает с условием отрицательности второй вязкости для сред с источником тепловыделения, зависящим от температуры и плотности [2]. На основе теории возмущений с точностью до величин второго порядка малости было получено нелинейного акустическое уравнение. Данное уравнение описывает эволюции слабых возмущений в среде. Также оно позволяет определить возможные структуры фронтов волн в среде, к ним можно отнести ударные волны с понижением и с повышением плотности за фронтом. Наиболее интересный тип решения это решения в виде автоволнового импульса. Амплитуды всех типов волн, и условия появления того или иного типа найдены аналитически. Данный механизм исследовался в приложении к модели межзвездной среды [3]. Для этой модели было проведено численное моделирование с помощью нелинейного акустического уравнения. Был показан распад начального возмущения в виде локализованного импульса на серию автоволновых импульсов. Аналогичный результат был показан для начального возмущения типа «ступенька». Чтобы показать, что полученное уравнение в должной степени описывает эволюцию газодинамического возмущения в среде с акустической неустойчивостью, нами было также проведено численное моделирование с помощь решения по явной полностью консервативной схеме основной системы с использованием искусственной вязкости. Результат моделирования был аналогичен. Полчуенные результаты подтверждают гипотезу Краснобаева[4] о самопроизвольной генерации серии импульсов в межзвездных средах с акустической неустойчивостью

1. Field G.B. Astrophys. J, 1965, V. 142. p. 531

2. Молевич Н.Е., Ораевский А.Н. ЖЭТФ. 1988. Т. 94. №3. С. 128-132.

3. Hollenbach D., Takahashi T., Tielens, Astrophys. J., 1991 Part 1, V. 377, p. 192-209

4. Краснобаев К.В., Сысоев Н.Е., Тарев В.Ю. – в сб. Ядерная физика, физика космических излучений и астрономия. М.: МГУ-1993. 243 с.

Зайцев Александр Михайлович (зам. дир. ГНЦ ИФВЭ,

зав. каф. ФВЭ МФТИ; координатор российских Институтов в эксп. АТЛАС на БАК)

«Эксперимент АТЛАС на Большом Адронном Коллайдере»

Наличие массы у промежуточных векторных бозонов W^+- и Z создает принципиальные проблемы при построении теории фундаментальных взаимодействий. В стандартной модели эти проблемы решаются введением в теорию скалярных полей и частиц с необычными свойствами – хиггсовских бозонов. Обнаружение этих частиц или эффектов, их заменяющих, является центральной задачей современной физики фундаментальных взаимодействий. В эксперименте АТЛАС, работающем на Большом Адронном Коллайдере, получены первые результаты по поиску хиггсовского бозона и ряда новых явлений, возможных при сверхвысоких энергиях. При прогнозируемых темпах набора данных и обработки уже в ближайшие два года станет ясно, существует ли классический хиггсовский бозон или же за генерацию масс отвечает другая пока неизвестная нам физика.

«Кварк-глюонная плазма-новое состояние материи»

В 2005 году в экспериментах на коллайдере в Брукхевене (США) наблюдали образование нового состояния материи- кварк-глюонной плазмы. Вселенная находилась в таком состояния во времена порядка одной миллионной доли секунды после Большого взрыва. В обычном состоянии кварки и глюоны связаны в ядрах атомов. В плазме они образуют среду. Хотя сгустки плазмы рождаются на коллайдере на чрезвычайно короткое время (одна триллионная часть от одной миллиардной секунды) удалось установить основные свойства плазмы.

Зиятдинов Ильяз Зиннурович (ФАЛТ МФТИ, студент)

«Квантовохимический анализ окисления этана молекулами синглетного кислорода»

В последние годы в связи с бурным развитием плазмохимии, физики неравновесных процессов, гиперзвуковой аэродинамики, физики ударных волн, лазерной физики и физики низкотемпературной плазмы значительный интерес проявляется к исследованию химических реакций с участием возбужденных атомов и молекул. Такие молекулы более активны, чем невозбужденные. Этот факт лежит в основе новых методов организации горения органических и неорганических топлив путем возбуждения молекул O2 в состояния a1∆g и b1Σg+ либо резонансным излучением, либо электрическим разрядом [StaTit2001DAN_RU, StaTit2003KK_RU]. Как было показано ранее, возбуждение молекул O2 в синглетные электронные состояния a1∆g и b1Σg+ позволяет существенно ускорить цепные процессы в метано-воздушной смеси и, тем самым, сократить длину зоны индукции и температуру воспламенения [StarTitZhTF2004, StaLouTit2008FGV_rus]. Для более глубокого анализа кинетики развития цепных реакций и процессов воспламенения и горения при наличии в смеси возбужденных молекул O2 необходимо исследование кинетики протекания элементарных процессов с электронно-возбуждёнными компонентами. Однако имеющиеся в литературе кинетические данные по элементарным процессам с участием молекул синглетного кислорода и углеводородов крайне ограничены. Экспериментальные данные были получены для реакций некоторых углеводородов с молекулами O2(a1∆g) и O2( ) при температурах T=300-500 K [Huie1973, Ashford1974, Ashford1975, Datta1979]. Однако константы скорости, измеренные при низких температурах, нельзя использовать при анализе процессов воспламенения и горения. Процессы тушения молекул кислорода в состояниях O2(a1∆g) и O2( ) на молекулах некоторых углеводородов также изучались экспериментально [Findlay1969, Becker1971, Ackerman1970]. Кроме того, предпринимались попытки оценить константу скорости процесса CH4+O2(a1∆g)=CH3+HO2 на основе полуэмпирического метода «порядок связи – энергия связи » (ПС-ЭС) [Mayer1968]. Из вышесказанного следует, что имеющихся в литературе данных об элементарных процессах с участием молекул синглетного кислорода O2(a1∆g), O2( ) и молекул углеводородов явно недостаточно для построения детальных реакционных механизмов горения углеводородов в воздухе при возбуждении молекул O2 в состояния a1∆g и b1Σg+. Для оценки констант скоростей таких реакций в широком диапазоне температур необходимо использовать квантовохимические ab initio расчёты. 
В данной работе было осущевстлено применение расчетных методов квантовой химии к анализу газофазной реакции окисления этана электронно-возбужденными молекулами кислорода O2(a1∆g).

УДК 517.982.252

«Слабо выпуклые множества и опорные условия»¹

Рассматриваются два класса слабо выпуклых множеств в банаховом пространстве. Классы характеризуются - опорным и - опорным условиями соответственно. Доказано, что рассматриваемые два класса совпадают при условии, что банахово пространство равномерно выпукло.

Пусть - нормированное пространство. Через и будем обозначать соответственно внутренность и границу множества . Через обозначим значение функционала на векторе . Для вектора и функционала через и обозначим шары с радиусом в пространствах соответственно:

Обозначим Будем говорить, что множество удовлетворяет -опорному условию слабой выпуклости с константой , если из того, что и , следует, что

Через будем обозначать класс всех замкнутых множеств удовлетворяющих -опорному условию слабой выпуклости с константой .

удовлетворяет -опорному условию слабой

Через будем обозначать класс всех замкнутых множеств , удовлетворяющих -опорному условию слабой выпуклости с константой .

Пусть – равномерно выпуклое банахово пространство, . Тогда .

Доказательство теоремы приведено в работе [1].

[1] Иванов Г.Е., Иванов Г.M. Взаимосвязь опорных условий слабой выпуклости для множеств в банаховых пространствах // Труды МФТИ. – 2011. – Т. 3, № 1. – С. 70–73.

«Геометрические методы специальной теории относительности»

В данном цикле лекций будет дан геометрический взгляд на специальную теорию относительности (СТО), основывающийся на геометрии Минковского. Непротиворечивость СТО будет связана с существованием геометрического языка описания. Преобразования группы Лоренца, будут последовательно сравниваться с поворотами, с обсуждением как сходства, так и различия. Преобразования Лоренца и повороты будут представлены как матричные экспоненты, в духе теории групп Ли. На основании этого геометрического взгляда будет введено электромагнитное поле, как поле генераторов преобразований скоростей, и рассмотрена задача о движении частицы в постоянном однородном электромагнитном поле. Будут рассмотрены такие, геометрические в своей основе, эффекты как прецессия Томаса и фаза Берри. В зависимости от восприятия аудитории большее или меньшее время будет уделено тензорам и векторам в пространстве Минковского.

Иванов Михаил Геннадьевич (МФТИ)

«Методы теории поля»

В лекции будет разобрано дан краткий обзор некоторых методов теории поля, на основе стандартной программы семестрового курса "теория поля" (специальная теория относительности и электродинамика в вакууме), читаемого в МФТИ. Будет разобрано применение мультипольного разложение я электростатике и при описании источников электромагнитных волн. В лекции будет использоваться материал лекций цикла "Геометрические методы специальной теории относительности". В зависимости от восприятия аудитории большее или меньшее время будет уделено обсуждению калибровочной, калибровочных преобразований и калибровочных условий.
Инсапов Анатолий Салаватович (СГАУ)

«Температурная зависимость интенсивности димольного излучения синглетного кислорода»

Синглетный кислород (далее СК) это молекулы кислорода на первом электронно-возбужденном уровне. Они играют важную роль в процессах, протекающих в атмосфере [1], биологических системах [2], при горении. СК является источником энергии для кислородно-йодных лазеров [3]. В связи с этим актуально обнаружение СК и определение его концентрации по интенсивности димольных излучений

O₂ (¹Δ_g) + O₂ (¹Δ_g) = O₂ (³Σ_g) + O₂ (³Σ_g) + hν (λ = 634 нм), (1)

O₂ (¹Δ_g) + O₂ (¹Δ_g) = O₂ (³Σ_g) + O₂ (³Σ_g)(υ=1) + hν (λ =703 нм), (2)

Известны зависимости констант скоростей реакций 1 и 2 в диапазоне 200-1000К [4], а так же для температур свыше 1000К [5]. Спорным вопросом остается поведение константы скорости реакции 1 и 2 при температурах ниже 150К. По оценкам [6,7], константа скорости реакции возрастает с падением температуры. В настоящей работе для охлаждения потока СК использовался медный цилиндр с отверстиями вдоль оси. Цилиндр помещался во фторопластовый контейнер и заливался охладителем – жидким азотом или спиртом. Для моделирования эффективности охлаждения потока СК был использован пакет COMSOL Multiphysics. Для анализа были использованы уравнения Навье-Стокса, диффузии, и теплопроводности, с учетом основных кинетических процессов в газовой фазе и на поверхности теплообменника. Результаты расчетов показали возможность достижения температур потока СК до 100К. Был спроектирован и изготовлен теплообменник, удовлетворяющий этим требованиям.

Экспериментальная установка была реализована в Самарском филиале ФИАН. Установка состояла из генератора СК, в котором СК получался в ходе реакции раствора щелочи с газообразным хлором, теплообменника, диагностической камеры.

Для расчета температуры использовался спектр перехода O₂ (¹Σ_g) = O₂ (³Σ_g) + hν в полосе 763 нм. Форма спектра позволяет оценить температуру с точностью около 5К. Интенсивность излучения СК на переходе O₂ (¹Δ_g) = O₂ (³Σ_g) + hν (λ = 1270 нм) определялась с помощью абсолютно калиброванного ИК-спектрометра. Интенсивность переходов (1), (2) измерялась с помощью второго абсолютно калиброванного спектрометра. Измерение отношения интенсивности димольного излучения к квадрату интенсивности излучения СК при разных температурах позволяют определить температурную зависимость констант скоростей димольных излучений.

Полученные данные были аппроксимированы тремя способами – простая коллизионная модель, коллизионная модель с энергией активации и коллизионная модель с энергией активации и вероятностью взаимодействия, зависящей от времени пролета. Наилучшую сходимость показали коллизионная модель с энергией активации и коллизионная модель с энергией активации и вероятностью излучения.

В работах [8,5] отношение констант скоростей реакции (2) и (1) ~1.07 при температуре ~300 К. Нами обнаружено, что при температурах ниже 150К это отношение уменьшается и становиться равным ~0.95. Скорее всего, это происходит в силу разных значений параметра E в реакции 1 и 2.

1.  Harrison, Roy M. Pollution: Causes, Effects & Control (2nd ed.)// Cambridge: Royal Society of Chemistry,1990.  ISBN 0-85186-283-7.

2. Bo Song, Guilan Wang and Jingli Yuan A new europium chelate-based phosphorescence probe specific for singlet oxygen//The Royal Society of Chemistry 2005 Chem. Commun., 2005, 3553–3555. DOI: 10.1039/b503980k

3. Manish Gupta, Thomas Owano, Douglas S. Baer,Anthony O Keefe, Skip Williams Quantitative determination of singlet oxygen density and temperature for Oxygen-Iodine Laser Applications// Chemical Physics Letters 400 (2004) 42–46

4. S.J. Arnold, R.J.Browne and E.A.Ogryzlo // Photochem. Photobiol. 1965. 4. 963.

5. Patricia M. Borrell, Peter Borrel et al A Study of Three Dimol Emissions of Singlet Oxygen, O₂ (¹Δ_g), using a Discharge Flow Shock Tube // J.Chem.Soc. Faraday II. 76. 1980. С. 1442-1449.

6. A.R.W. McKellar, N.A. Rich and H.L. Welsh // Can. J. Phys. 1972. 92. 3293.

7. Patricia M. Borrell, Peter Borrel et al Low-Temperature Spectroscopic Measurements of the ‘Dimol’ Transitions of Singlet Molecular Oxygen O₂ (¹Δ_g) // J.Chem.Soc., Faraday Trans. 2. 84(6). 1988. С. 727-735.

8. 
   S.H. Whitlow and F.D. Findlay // Canad. J. Chem. 1967, 45, 2047
   

«Периодические реакций кластеризации в гомогенном газе и возникновение химической турбулентности»

Представлена модель автоколебаний в реакции кластеризации атомов аргона, а также схема кинетических уравнений отвечающие этой модели. Найдены стационарные состояния системы кинетических уравнений и построены линии локальных бифуркаций. На основании квантово химических расчетов в пакете GAMESS были рассчитаны такие параметры как энергии диссоциации, вращательные константы, волновые числа межатомных мод , необходимые для нахождения констант скоростей прямых и обратных реакций образований димеров и триммеров аргона в диапазоне температур от 60К до 150К. Константы равновесия для димера аргона, найденные в результате квантово химических расчетов, хорошо согласуется с экспериментом. С учетом реальных констант скоростей прямых и обратных реакций построены линии локальных бифуркаций для кластеризации атомов аргона. В конечном результате представлены релаксационные и колебательные решения кинетических уравнений отвечающие модели кластеризации атомов аргона.

Коботаев Никита Сергеевич (МФТИ, ФМБФ, студент)

«Моделирование и исследование характеристик искажений изображений для различных моделей турбулентности»

В ходе данной работы была произведена разработка многопоточного алгоритма, который реализует поиск маршрута логического вывода, основанный на миварном подходе. Так же, разработанный алгоритм был реализован на языке c++ с использованием технологии MPI для систем с распределенной памятью и проанализирована производительность приложения.

Приложению задаётся значение некоторого множества параметров, база знаний, устроенная специальным образом, и множество искомых параметров, значения которых необходимо найти. Приложение пытается найти значения искомых параметров, если это возможно, то выдает их значения, если это не возможно, сообщает об этом.

Миварныйподход, лежащий в основе данного приложения в будущем может быть использован для создания познающее-диагностических систем, таких как искусственный интеллект, энциклопедия знаний и так далее. В рамках данной работы разрабатывался многопоточный алгоритм обработки данных, основанный на этом подходе. Использование многопоточных алгоритмов необходимо, так как объёмы обрабатываемой информации велики, а время работы должно быть мало, следовательно, было необходимо изучить возможность создания параллельного приложения.

Кобцев Виталий Дмитриевич (студент ФАЛТ МФТИ)

«Экспериментальное исследование процессов дезактивации синглетного кислорода в кислородно-водородных смесях»

Молекулы кислорода в синглетных электронных состояниях играют важную роль в процессах горения. Использование дифракции пробного лазерного излучения на лазерно-индуцированных решетках (пространственно-периодических модуляциях показателя преломления), создаваемых импульсным излучением, позволяет исследовать процессы дезактивации возбужденных состояний кислорода с временным разрешением в десятки наносекунд. В работе дано описание процессов столкновительной релаксации синглетных состояний b¹Σ_g⁺ и a¹Δ_g молекул O₂ в кислородно-водородной смеси. Приведена информация об основных физических и химических каналах столкновительной дезактивации этих возбужденных состояний. Проведена оценка концентрации молекул кислорода, возбужденных импульсным лазерным излучением в состояние b¹Σ_g⁺. Описана модель формирования и временной эволюции лазерно-индуцированных решеток в кислородно-водородной смеси. Изложена методика проведения экспериментов по резонансному возбуждению и регистрации решеток, которые возникают в области интерференции двух скрещивающихся лазерных пучков. Описана экспериментальная установка и условия проведения экспериментов. Изложен алгоритм обработки данных и получения локальных параметров газовой смеси, таких как скорость звука, температура и концентрация молекул. Приведены результаты измерений в смесях с мольной долей водорода 4,3% при температурах газа 290-600 К и концентрациях 1-6 Амага. Определена константа скорости дезактивации состояния b¹Σ_g⁺ кислорода молекулами водорода при комнатной температуре и её температурная зависимость. Полученные экспериментальные результаты хорошо описываются известной из литературы температурной зависимостью константы скорости физической дезактивации, определенной другими методами. Сделан вывод о применимости используемого экспериментального метода для определения константы скорости дезактивации состояния b¹Σ_g⁺ и целесообразности проведения дальнейших измерений в области более высоких температур. Ожидается, что при дальнейшем повышении температуры удастся обнаружить проявления процессов дезактивации этого состояния, сопровождающихся химическими реакциями.