Информационно-аналитический комплекс для создания цифровых двойников структур пористых материалов с использованием клеточно-автоматного подхода
Аннотация
Разработан информационно-аналитический комплекс для создание цифровых двойников структур пористых материалов. Информационно-аналитический комплекс содержит несколько расчетных модулей, которые содержат модели, реализующие клеточно-автоматный подход к моделированию. Информационно-аналитический комплекс позволяет подбирать модель, которая точно воспроизводит структуры пористых материалов – аэрогелей, по которой можно прогнозировать их свойства – создавать цифровой двойник. Кроме того, информационно-аналитический комплекс содержит модели для расчета различных свойств аэрогелей по их структуре такие, как распределение пор по размерам и механические свойства. Реализованы модели, которые позволяют описывать различные процессы в пористых структурах – гидродинамика многокомпонентных систем, тепло- и массообменные процессы, растворение, сорбция и десорбция. Кроме того, информационно-аналитический комплекс содержит удобный пользовательский визуальный интерфейс, что позволяет осуществлять работу с ним широкому кругу пользователей без специальной технической подготовки, а также удобные средства визуализации. Расчетные модули информационно-аналитического комплекса реализованы с использованием высокопроизводительных параллельных вычислений, что существенно повышает скорость расчетов. Программная архитектура информационно-аналитического комплекса имеет модульную структуру, что позволяет расширять его с помощью новых моделей, а также интегрировать модели друг с другом, описывая несколько процессов в одном модуле и осуществляя мультимасштабный подход к моделированию. Предлагаемый информационно-аналитический комплекс будет полезен в качестве инструмента моделирования при разработке новых пористых функциональных материалов (аэрогелей), частично заменяя натурные эксперименты вычислительными, что позволит ускорить и удешевить разработку аэрогелей с требуемыми свойствами, а также при обучении специалистов соответствующего профиля.
Литература
Menshutina N.V., Kolnoochenko A.V., Lebedev E.A. Annu Rev Chem Biomol Eng. 2020. V. 11. N 1. P. 87-108. DOI: 10.1146/annurev-chembioeng-093019-075250.
Lebedev I., Uvarova A., Mochalova M., Menshutina N. Computation. 2022. V. 10. N 8. P. 1-20. DOI:10.3390/computation10080139.
Lin M.Y., Lindsay H.M., Weitz D.A., Klein R., Ball R.C., Meakin P. Journal of Physics: Condensed Matter. 1990. V. 2. N 13. P. 3093-3113. DOI: 10.1088/0953-8984/2/13/019.
Meakin P. Phys Rev Lett. 1983. V. 51. N 13. P. 1119-1122. DOI: 10.1103/PhysRevLett.51.1119.
Polimeno M., Kim C., Blanchette F. ACS omega. 2022. V. 2. N 45. P. 40826-40835. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.135.
Guo X., Wang J. Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 324. P. 114692. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.114692.
Baki M. A., Badr L. Chaos, Solitons & Fractals. 2021. V. 143. P. 110586. DOI: 10.1016/j.chaos.2020.110586.
Jing D., Hu S., Zhang Y., Luo J. Journal of Physics D: Applied Physics. 2019. V. 52. N. 45. P. 455305. DOI: 10.1088/1361-6463/ab37dc.
Jungblut S., Joswig J. O., Eychmüller A. Physical Chemistry Chemical Physics. 2019. V. 21. N. 10. P. 5723-5729. DOI: 10.1039/C9CP00549H.
Louzazni M., Al-Dahidi S. Renew Energy. 2021. V. 174.
P. 715-732. DOI: 10.1016/j.renene.2021.04.103.
Chen C., He Y., Bu C., Han J., Zhang X. Quartic Bézier curve based trajectory generation for autonomous vehicles with curvature and velocity constraints. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2014. P. 6108-6113 DOI: 10.1109/ICRA.2014.6907759.
Lebedev I., Lovskaya D., Mochalova M., Mitrofanov I., Menshutina N. Polymers. 2021. V. 13. N 15. P. 1-20. DOI: 10.3390/polym13152511.
Wolfram S. Commun Math Phys. 1984. V. 96. N 1. P. 15-57. DOI: 10.1007/BF01217347
Shan X., Yuan X.F., Chen H. J Fluid Mech. 2006. V. 550 N 1. P. 413. DOI: 10.1017/S0022112005008153.
McDonough J. M. Lectures in elementary fluid dynamics: physics, mathematics and applications. Engineering Textbook Gallery. Publisher: University of Kentucky USA. 2009. P. 164.
Qian Y.H., D’Humières D., Lallemand P. Europhysics Letters (EPL). 1992. V. 17(6). P. 479-484. DOI: 10.1209/0295-5075/17/6/001.
He Y. L., Liu Q., Li Q., Tao W. Q. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 129. P. 160-197. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.135.
Liu H., Sun S., Wu R., Wei B., Hou J. Water Resources Research. 2021. V. 57. P. e2020WR029219. DOI: 10.1029/2020WR029219.
Parvan A., Jafari S., Rahnama M., Raoof A. Advances in Water Resources. 2020. V. 138. P. 103530. DOI: 10.1016/j.advwatres.2020.103530.
Wang W., Wang H., Su Y., Tang M., Xu J., Zhang Q. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2021. V. 121. P. 128-138. DOI: 10.1016/j.jtice.2021.03.044.
