Print this page

Математическо моделиране и числени симулации

 

Понастоящем в звеното работят 9 сътрудници на постоянен трудов договор: двама професори дн, един доц. дн, двама доц. д-р, двама гл. асистенти, двама асистенти. Освен това, към звеното работят  двама асоциирани членове (доцент д-р) на ИМех.

 

служители

стая

тел.

e-mail

Проф. дн Даниел Данчев Р-л

310

979 6447

daniel@imbm.bas.bg

Проф. дн Стефан Стефанов

404

979 6463

stefanov@imbm.bas.bg

Доц. дн Станимир Илиев 330 979 6488 stani@imbm.bas.bg

Доц. д-р Нина Пешева

304

979 6439

nina@imbm.bas.bg

Доц. д-р Кирил Щерев

421

979 2007

Click here to see email

Гл. ас. д-р Галин Вълчев 105 979 6701

gvalchev@imbm.bas.bg

Гл. ас. д-р Добри Данков

330

979 6488

dankov@imbm.bas.bg

Aс. Владимир Русинов

404

979 6463

vladimir@imbm.bas.bg

Ас. д-р Надежда Бънзарова

105

979 6701

nadezhda@imbm.bas.bg

Доц. д-р Петър Господинов (АЧ) 404 979 6463 png@imbm.bas.bg

Доц. д-р Славчо Славчев (АЧ)

326

979 6456

slavcho@imbm.bas.bg

Милан Рашевски (докторант) 326 9796456 mrashevski@gmail.com
Ставрос Мескос (докторант) 320 9796449 stameskos@imbm.bas.bg
Рикардо Бранкер (докторант) 320 9796449 ricardo@imbm.bas.bg

 

АЧ -асоцииран член на ИМех

 

През периода 2017 - 2019 г. колективът на звеното ще работи по следните основни теми:

 

A)  Точни аналитични и числени резултати за поведението на крайно-размерни

нехомогенни статистико-механични системи с фазови преходи


По темата се изпълнява проект: ДН 02/8  с  ФНИ 20016-2019;  ръководител - проф. дн Д. Данчев


Настоящият проект има за цел получаването както на точни (аналитични), така и числени резултати за основни статистико-механични модели. Най-общо казано, за крайни системи в поне едно направление ще бъдат изследвани модификациите върху фазовото поведение, профила на параметъра на подреждане и функциите на отклика. Специално внимание ще бъде отделено на флуктуационно-индуцираните взаимодействия, включително и ефекта на Казимир, в моделни флуидни системи претърпяващи фазов преход  в околност на съответната критична точка на безкрайната (обемна) система или крайната такава. Темата е изключително актуална в изследванията провеждани в наши дни пoради това, че гореспоменатите сили са от изключителна важност за разбиране на поведението и начините на манипулиране на нано-устройства. Понастоящем ефекта на Казимир и подобните на него явления са обект на изучаване от страна на квантовата електродинамика, хромодинамика, космологията, физика на кондензираната материя, в някои клонове на биологията, както и в нано-технологиите.

Заинтересуваният читател може да насочи вниманието си към следните обобщителни статии по проблематиката [1.1-1.5]. Що се отнася до познанията ни за критичният ефект на Казимир, чийто проявления са от основен интерес за предлаганият проект, до известна степен резултатите свързани с него са обобщени в следните две обзорни статии [1.6,1.7], като някои по-специфични аспекти са дискутирани в [1.4,1.8,1.9]. Както става ясно, изучаването на проявленията на ефекта на Казимир в различни области неизбежно включва познания както в сферата на математиката, така и на числените методи и компютърните системи.

 

[1.1] A. Rodriguez, P.-C. Hui, D. Woolf, S. Johnson, M. Lončar and F. Capasso, Classical and fluctuation-induced electromagnetic interactions in micron-scale systems: designer bonding, antibonding, and Casimir forces, Ann. Phys., 527(1-2), 45-80, 2015.

[1.2] G. Klimchitskaya and V. Mostepanenko, Casimir and van der Waals forces: Advances and problems, Proc. of Peter the Great St.Petersburg Polytechnic Univercity, N1(517), 41-65, 2015.

[1.3] L. Woods, D. Dalvit, A. Tkatchenko, P. Rodriguez-Lopez, A. Rodriguez and R. Podgornik, A materials perspective on Casimir and van der Waals interactions, ArXiv e-prints, 2015.

[1.4] O. Vasilyev, Monte Carlo Simulation of Critical Casimir Forces. Order, Disorder and Criticality, vol. 4, ch. 2, 55-110, World Scientific, 2015.

[1.5] R. Zhao, Y. Luo and J. Pendry, Transformation optics applied to van der Waals interactions, Sci. Bull., 61(1), 59-67, 2016.

[1.6] M. Krech, Casimir Effect in Critical Systems, World Scientific, Singapore, 1994.

[1.7] J. Brankov, D. Dantchev and N. Tonchev, The Theory of Critical Phenomena in Finite-Size Systems – Scaling and Quantum Effects, World Scientific, Singapore, 2000.

[1.8] A. Gambassi and S. Dietrich, Critical Casimir forces steered by patterned substrates, Soft Matter, 7, 1247-1253, 2011.

[1.9] D. Dean, Non-equilibrium fluctuation-induced interactions, Phys. Scripta, 86(5), 058502, 2012.

 

 

Проект ДН 02/7 (2016-2019) с ФНИ; Р-л на проекта - Проф. дн Ст. Стефанов

 

Основният двигател за развитието на микро- и нанотехнологиите са базисните научни изследвания (експериментални и теоретични), които генерират необходимите нови знания и идеи за физичните процеси, протичащи в микро-електро-механичните системи (MEMС). Известно е, че познаването на класическата механика на континуума, и по-общо, физиката на континуума, се основава изцяло на предположението за непрекъснатост на материята, позволявайки използването на математически модели, описващи съответните физични процеси със системи от частни диференциални уравнения и подходящи гранични условия. Накратко, обаче, тези познания и модели не са валидни и точни за процесите в зоните с микро / нано-размери. В такива системи процесите могат да бъдат силно неравновесни с наличие на прекъсвания, причинени от дискретен характер на молекулярния поток. За адекватно описание на неравновесните процеси и явления в МЕМС е необходимо да се използват повече или по-малко нови подходи, методи и познания по кинетична теория, статистическа и квантова физика, за да се изследва връзката и прехода между континуум и дискретни среди, както и като възникващи явления в междинните състояния. Това е сравнително нова научна област, в която са ангажирани голям брой учени от много страни. Този вид изследване се възприема за важно и актуално на институционално ниво и е част от научните приоритети на Европейската комисия. Съответно, те са включени като различни под-области в българската национална стратегия за научни изследвания. Трябва да бъдат идентифицирани и приложени начини за ефективно използване на различни ресурси, за да се осигурят в близко бъдеще по-екологични и ресурсно-ориентирани технологии. Интензификацията на процеса на европейската пътна карта идентифицира няколко възможни мерки: миниатюризация, подобрен пренос на топлина и възстановяване на загубена топлина.

 

Основната цел на предложения проект е българският екип да участва с качествен принос в изследването на явленията и процесите в света на микро / наномащаб в областта на микрофлуидиката, в които изследователи от Института са постигнали значими научни резултати. Екипът от учени от Института по механика при БАН предлага този проект с международно признати постижения в теоретичните и числените изследвания на неравновесни газови потоци и явления в МЕМС. Това е видно от списъка с публикации в престижни научни списания, представени за всеки участник.

C)  Механо-математическо моделиране и числени симулации

(приоритетни области 1,2,3 и 4 на Националната научна стратегия )

 

Натрупаният в звеното научен капацитет, като методологични разработки, разработени програмни продукти, опит в числени симулации, и др., дават възможност да се реализират научни изследвания по 4 отделни задачи, свързани с приоритетни направления 1, 2, 3 и 4 от Национална стратегия за развитие на научните изследвания 2020, отбелязани по-долу срещу всяка задача.

По приоритети 3 и 4 нови материали и технологии:

1) Получаването на материали със зададени омокрящи свойства е актуален и важен проблем, който попада в приоритетната област: Нови материали и технологии. През последните години се постигнаха впечатляващи резултати в това направление чрез промяна на свойствата на твърдите повърхности на микро-ниво, чрез формиране на хетерогенни "дефекти" от други материали, чрез промяна на грапавостта им, в това число чрез печат на "пънчета" (микроцилиндърчета) и т.н.  Прецизното изследване на контакта на подобен тип повърхности с течности е недостатъчно добре изучен поради сложната структура на взаимодействие. Поради това е актуално да се развива механо - математично моделиране на тези системи и да се провеждат числени симулации на омокрящите им свойства.

По приоритет 2- в част биотехнологии и 4:

2) Предвижда се да бъде изследван  напълно асиметричен процес с просто изключване (TASEP), с обобщени правила на обновяване (Generalized Update) върху проста верижка с отворени гранични условия. Освен чисто теоретичния интерес към този модел като система с неравновесно стационарно състояние, свойствата на които които са недостатъчно добре изследвани, тези модели имат много и разнообразни приложения като:  модели на грануларен и пътен трафик; моделиране на явления на био-транспорт върху едномерни верижки (синтез на протеини, движение на молекулни мотори и др.); едномерни модели на нарастване на повърхности; гел електрофореза и седиментация; транспорт на пакети от данни по Интернет; бързи йонни проводници (т.н. принудени дифузни системи) и др.

По приоритет 1 - в част енергийна ефективност:

3) Хидродинамичните и топлообменни процеси във фасадни стъклопакети с циркулираща несвиваема вискозна течност – вода и водни разтвори с различни свойства на абсорбция на светлината с ще бъдат обект на експериментално и теоретично изследване. Такива стъклопакети заемат все по-широко място в строителството на сгради с висока енергийна ефективност. Изследването е свързано с изпълнението на Европейски проект InDeWaG (Industrial Development of Water Flow Glazing) по  програма Horizon 2020.

По приоритет 3 – нови материали и технологии:

4) В този задача се предвижда моделиране и изследване на характеристиките на сензори за налягане с нагреваема нишка. По-точно предмет на изследване са сензори за налягане с нишка в цилиндричен корпус, използвани във вакуумни промишлени инсталаци, като нишката е свързана към аналогов електрически мост  или цифров трансмитер.

В работата по задачата се предвижда моделирането на сензорите с нишка като течение на Couette в разреден газ между два стационарни цилиндъра при задава на различни термични гранични условия. Ще се оценява и чувствителността и инертността на сензорите с изследване на фазово-честотни характеристики.

 

Публичен архив:

A pressure based, iterative finite volume method is developed for calculation of compressible, viscous, heat conductive gas flows at all speeds. For more information click here.

 

Dynamic Meniscus Profile Method for Detertmination of the Dynamic Contact Angle in the Wilhelmy Plate Geometry is developed and availablel for use here.

 


Последна промяна:13-05-2019