Дискретные и континуальные модели аномального переноса энергии в кристаллических материалах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-41-04106

НазваниеДискретные и континуальные модели аномального переноса энергии в кристаллических материалах

Руководитель Порубов Алексей Викторович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №27 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-217 - Математическое моделирование физических сред

Ключевые слова Кристаллические материалы, дискретные среды, перенос энергии, баллистическое распространение тепла, длинноволновое приближение, математическое моделирование, волны с дисперсией

Код ГРНТИ30.03.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы описания аномального переноса энергии в кристаллических материалах на микро- и наноуровне. Экспериментальные исследования последних лет показывают, что в данных материалах реализуется баллистический (недиффузионный) характер переноса энергии. Данный факт открывает широкие перспективы практического использования низкодефектных кристаллических материалов, в частности, при решении проблемы отвода тепла. В такой ситуации чрезвычайно актуальной является задача разработки математических моделей для описания процессов переноса энергии в кристаллических материалах на макро- и микроуровне. Авторами проекта предлагается оригинальный подход, позволяющий получать и аналитически решать макроскопические уравнения нестационарного переноса энергии исходя из уравнений динамики решетки для бездефектных кристаллов в гармоническом приближении. Для учета влияния нелинейности и низкой концентрации дефектов на перенос энергии будет применяться компьютерное моделирование методом динамики частиц с использованием многопроцессорных вычислительных систем. Разработанные аналитические и численные методы будут применяться для описания подвода и распространения энергии в одномерных (карбин, нанотрубки, нанопроволоки, нановискеры) и двумерных (силицен, графен, дисульфид молибдена, нитрид бора, дисульфид платины) кристаллических материалах. Исследования будут проводиться в тесном сотрудничестве с коллективом из технического университета Берлина, с которым у исполнителей имеются давние научные связи. Разрабатываемые российский стороной дискретные и континуальные модели и результаты расчетов на их основе будут использоваться немецкой стороной для корректной постановки экспериментов по аномальному переносу энергии в кристаллических материалах на микро- и наноуровне. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволят выработать новые подходы к решению проблемы отвода тепла на микро- (например, в микроэлектромеханических системах) и макроуровне (например, в суперкомпьютерах).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ле-Захаров А.А., Кривцов А.М., Порубов А.В. Relation between defects and crystalline thermal conduction Continuum Mechanics and Thermodynamics, 31(6), с. 1873-1881 (год публикации - 2019)
10.1007/s00161-019-00807-w

2. Гаврилов С.Н., Кривцов А.М Thermal equilibration in a one-dimensional damped harmonic crystal Physical Review E, 100(2),022117 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevE.100.022117

3. Соколов А.А., Кривцов А.М., Мюллер В.Х., Вильчевская Е.Н. Change of entropy for the one-dimensional ballistic heat equation: Sinusoidal initial perturbation Physical Review E, 99(4),042107 (год публикации - 2019)
10.1103/PhysRevE.99.042107

4. Порубов А.В., Осокина А.Е., Антонов И.Д. Nonlinear dynamics of two-dimensional lattices with complex structure Advanced Structured Materials: Nonlinear Wave Dynamics of Materials and Structures. Editors: Altenbach, H., Eremeyev, V.A., Pavlov, I.S., Porubov, A.V. (год публикации - 2019)

5. Риккерт В., Вильчевская Е.Н., Мюллер В.Х. A note on Couette flow of nematic crystals according to the Ericksen–Leslie theory ZAMM Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik (год публикации - 2019)
10.1002/zamm.201900035

6. Порубов А.В., Кривцов А.М., Антонов И.Д., Мюллер В.Х., Соколов А.А. Geometrically nonlinear dynamic model for a hexagonal lattice Physical Review E, 102(2), 022209 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevE.102.022209

7. А.В. Порубов, И.Д. Антонов, А.А. Соколов, В.Х. Мюллер Strain localization in two-dimensional lattices Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2020)

8. Кривцов А.М., Мурачёв А.С Transition to thermal equilibrium in a crystal subjected to instantaneous deformation Journal of Physics: Condensed Matter, 215403, 33, 21, 6pp (год публикации - 2021)
10.1088/1361-648X/abe517

9. Кузькин В.А., Кривцов А.Н. Unsteady ballistic heat transport: linking lattice dynamics and kinetic theory Acta Mechanica, Том 232, Выпуск 5, Страницы 1983 - 1996 (год публикации - 2021)
10.1007/s00707-020-02927-w

10. Алексей А. Соколов, Вольфганг Х.Мюллер, Алексей В.Порубов, Сергей Н.Гаврилов Heat conduction in 1D harmonic crystal: Discrete and continuum approaches International Journal of Heat and Mass Transfer, Том 176, Номер статьи 121442 (год публикации - 2021)
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121442

11. Алексей А. Соколов, Вольфганг Х. Мюллер, Антон М. Кривцов, Алексей В. Порубов Signatures of transient purely ballistic heat conduction: theory and experimental investigation Mechanics and Control of Solids and Structures (год публикации - 2022)

Публикации