Численное моделирование химических реакционных процессов в двухфазной среде околозвездного диска

• Автор: Стояновская, Ольга Петровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение

Обзор литературы

Комбинированные модели околозвездных дисков в астрофизике и

астрохимии.

Метод II для моделирования газодинамических течений в

астрофизике.

Основы метода

Общие особенности как бессеточного метода частиц . Реализация метода для расчета газодинамических

течений в астрофизике.

Исследование кинетических схем химических реакций и поиск компактных схем для включения в комплексную модель процесса Одношаговые методы численного интегрирования жестких систем ОДУ.
1 Iкод для моделирования динамики двухфазного гравитирующего диска с учетом химических реакций
1.1 Математическая модель иротопланетного диска.
1.1.1 Система уравнений динамики двухфазного диска
1.1.2 Начальные и граничные условия
1.1.3 Обезразмеривание системы уравнений
1.2 Программная реализация модели код .
1.2.1 Краткое описание кода.
1.2.2 Динамика газовой компоненты.
1.3 Параллельная версия .
1.4 Тестирование кода.
1.4.1 Движение кольца во внешнем гравитационном поле.
Сравнение с аналитическим решением
1.4.2 Разлет газового диска в вакуум. Проверка симметрии
решения.
1.4.3 Встречное движение газовых объектов. Проверка
сплошности среды .
1.4.4 Сжатие холодного газового диска под действием
самогравитации. Проверка законов сохранения.
1.4.5 Вращение горячего двухфазного диска в собственном
гравитационном поле.
2 Исследование кинетических схем и построение компактных схем химических реакций
2.1 Методика и программные средства
2.2 Примеры исследования кинетических схем.
2.2.1 Газофазный пиролиз метана в коническом реакторе
2.2.2 Газофазный пиролиз этана
2.3 Разработка нового метода численного интегрирования жестких систем ОДУ
2.3.1 Новый способ реализации Уметодов
2.3.2 Реализация метода второго порядка аппроксимации на основе правила средней точки.
2.3.3 Результаты численных экспериментов .
2.3.4 Особенности вычислительной устойчивости.
2.3.5 Основные выводы но результатам разработки.
3 Вычислительные эксперименты
3.1 Метод ЭРЫ при моделировании динамики кольцевых и спиральных волн в двухфазном гравитирующем диске.
3.2 Влияние параметров газовой компоненты и субдиска первичных
тел на развитие джинсовской неустойчивости.
3.2.1 Динамика системы и оценка джинсовской длины, сделанная по начальным данным.
3.2.2 Роль субдиска первичных тел при инициировании фрагментации горячего газа
3.2.3 Появление областей повышенной плотности и локальная джинсовская длина в обоих компонентах системы
3.2.4 Влияние экзотермической химической реакции на динамику диска
3.2.5 Основные выводы но результатам вычислительных экспериментов.
Заключение
Приложение
Литература


Вшиикова. Личный вклад соискателя. Все выносимые на защиту результаты принадлежат лично соискателю. Представление результатов совместных исследований в диссертационной работе согласовано с соавторами. Личный вклад соискателя заключается в обсуждении постановок задач; разработке численных алгоритмов и методов решения; разработке, реализации и тестировании программ; проведении численных экспериментов и интерпретации резул матов. Работа содержит 4 страницы, 5 таблиц, рисунка, список литературы состоит из 8 источников. В Обзоре литературы в подразделе 1 представлено описание разных стадий эволюции протопланетиых дисков и их математических моделей. Приведен ряд представлений, касающихся этана формирования сгущений и развития гравитационной неустойчивости в газопылевом диске. Подраздел 2 содержит теоретические основы и описание особенностей метода БРИ, который использовался дня численного моделирования динамики газовой компоненты диска. В подразделе 3 представлены современные подходы и программные средства для исследования и построения кинетических схем химических реакций. В первой главе 1. В разделах 1. ЙошЬгего и его параллельной реализации. В разделе 1. Во второй главе описана методика исследования кинетических схем и построения компактных кинетических схем химических реакции для включения в комплексную модель процесса. В разделе 2. СНЕМРАК. СНЕМРАК, представлен анализ кинетических схем газофазного пиролиза метана и этана. В разделе 2. У-методов для численного интегрирования жестких систем ОДУ, построенный на базе этого способа ? Третья глава посвящена результатам вычислительных экспериментов. В разделе 3. БРН при воспроизведении волновых структур в двухфазной среде. В разделе 3. В заключении приведены основные результаты исследований, представленных в диссертации. Автор выражает благодарность д. В.А. Вшивкову за консультации в области численных методов, к. В.Д. Корнееву, Т. Н.Мищенко, Влад. Н.Снытникову, О. А.Стадниченко (Засыпкиной). И.Г. Черных за сотрудничество, академику В. Н.Пармону за ио,лдоржку работы. За последние десятилетия достигнут большой прогресс к области исследования Солнечной системы и околозвездных дисков. Прогресс оказался возможен за счет накопления фактического материала, полученного в результате астрономических наблюдений и исследований с помощью космических летательных аппаратов. Также возросла роль теоретических подходов к изучению околозвездных дисков, поскольку использование численного моделирования и высокопроизводительных вычислений предоставило возможность «реконструкции» ряда исследуемых процессов. Проводимые исследования околозвездных дисков направлены на решение следующих вопросов: как и почему образуются околозвездные планетные системы; какие процессы обусловили зарождение Солнечной системы и ее существующую конфигурацию; что выделило Землю среди других планет и привело к созданию условий, сделавших возможным зарождение жизни [|. Исторически первые сценарии образования планет Солнечной системы были представлены в знаменитой гипотезе Канта-Л ап ласа. В России развитие исследований околосолнечного протопланетного диска связано с именами ОТО. Шмидта и В. С.Сафронова|| и их коллег А. В.Витязема(іО). Е.Л. Рускол[|, Г. В.Псчерниковой[], В. Ю.Левина(|. Основные этапы эволюции околосолнечного протопланетного диска представлены на Рис. Б.Ю. Лсвина () [|. Современные модели околозвездных дисков разрабатываются М. Я.Маровым (1, А. Б.Макалкиным, В. А.Дорофеевой ||, А. В.Витязевым и В. В.Адушкиным [2], А. Г.Морозовым и А. В.Хоперским |), В. Л.ГІоляченко и А. М.Фридманом [], В. Н.Снытниковым, Д. А.Семеновым и Д. З.Вибе |7|, А. Возв [1, Ь. Мауег [3], V. Rice [3), V. Benz [], Н. Р.С. Л.Р. МеЬюп [), А. Хєібоп (2) и другими авторами. Разработка модели включает (1) выделение этапа эволюции диска с оценкой его временного масштаба, (2) определение основных для этого этапа физико-химические процессов и способов их описания. На Рис. В диссертации используется модель околозвездного диска для 3-4 этапов эволюции (Рис.