Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Эмульсии органического топлива и воды перспективны с точки зрения снижения выбросов экологически вредных веществ и увеличения эффективности диспергирования капель органического топлива в результате вскипания микрокапель воды, расположенных внутри капли углеводорода. Предполагается, что микровзрыв происходит при достижении микрокаплей воды температуры кипения. Композитная капля представляется сферической оболочкой из органического топлива, внутри которой строго по центру расположена микрокапля воды. По мере прогрева капли в потоке горячего газа повышается температура поверхности микрокапли воды. Считается, что микровзрыв композитного топлива произойдет, когда на поверхности микрокапли воды будет достигнута температура кипения. Создан комплекс математических моделей по вторичному диспергированию капель углеводородного топлива, в которых внедрены микрокапли воды. По мере прогрева композитной капли наружная поверхность микрокапель воды достигает температуры кипения. В результате микровзрыва происходит диспергирование капели композитного топлива. 2. Воспламенение облака тепловыделяющих частиц, взвешенных в турбулентном неизотермическом потоке газа, реализуется во многих технических приложениях и может приводить к техногенным катастрофам. В связи с актуальностью вопросов пожарной безопасности развиваются теоретические работы по анализу динамики теплового взрыва в запыленной атмосфере. Отмечается статистический характер процесса воспламенения и роль коллективных эффектов, связанных с кластеризацией частиц. Моделирование коллективных тепловых и гидродинамических эффектов при воспламенении дисперсной примеси в турбулентном неизотермическом потоке газа требует изучения потери тепловой стабильности одиночных тепловыделяющих частиц. В настоящее время сформировалась детерминированная теория теплового взрыва. Практический интерес представляет изучение влияния случайных факторов на поведение систем взрывного типа, когда существует предельный уровень параметров системы, малое превышение которого приводит к потере стабильности. В этом случае случайные флуктуации внешних параметров, действующие на динамическую систему, могут принципиально изменить характер ее поведения. Вследствие экспоненциальной зависимости скорости химической реакции от температуры флуктуации температуры оказывают существенное влияние на границу теплового взрыва. Исследование теплового взрыва мелкодисперсных материалов, взвешенных в турбулентном неизотермическом потоке газа. Изучается влияние флуктуаций температуры газа и концентрации дисперсной примеси частиц с экзотермической химической реакцией, взвешенной в турбулентном потоке, на границу тепловой устойчивости. Построена математическая модель влияния флуктуаций температуры газа на границу воспламенения частиц. Предложена математическая модель влияния концентрации тепловыделяющей примеси на начало воспламенения облака частиц. Учитываются эффекты взаимного влияния температур частиц и газа. Для численного моделирования сценариев воспламенения частиц в случайной среде используются современные методы решения систем стохастических обыкновенных дифференциальных уравнений. Методы прикладного функционального анализа применяются для вывода замкнутых уравнений для функции плотности вероятности распределения случайных температур частиц и концентраций примеси в турбулентных потоках. 3. Представлено актуальное направление исследования, посвященное прогнозу эпидемиологического состояния индивидов после эвакуации из зоны с повышенной концентрацией микрочастиц вирусной инфекции, новые штаммы которых появляются естественным путем или искусственно синтезируются. Скорость распространения вирусного заболевания зависит от вирулентности штамма и интенсивности физических контактов индивидов. Уменьшение относительного расстояния между носителями инфекции и восприимчивыми приведет к быстрой передаче инфекции. Динамика изменения относительного расстояния между индивидами в группе зависит от сценария их социального поведения. Это может быть спокойное блуждание, например, в супермаркете, в местах развлечений, залах ожидания в аэропортах или вокзалах. Индивиды стремятся сохранить социальную дистанцию, препятствующую их близким физическим контактам. В случае техногенных, природных катастроф или террористических атак характер коллективного поведения группы индивидов принципиально меняется. Появляется общая цель движения к выходам из опасной зоны, возможно возникновение паники, приводящее к хаотическому перемещению людей. Вблизи выходов образуются зоны с повышенной концентрацией людей. Относительное расстояние между восприимчивыми и носителями инфекции существенно уменьшается. Вследствие дыхания зараженных увеличивается локальная концентрация патогена в атмосфере. Легкие восприимчивого абсорбируют микрочастицы вируса. Степень инфицирования существенным образом зависит от врожденного иммунитета восприимчивого. Характерное время инфицирования – часы, время развития вирусного заболевания – порядка недели. Возникает практически важная задача о прогнозе эпидемиологического состояния индивидов после эвакуации из опасной зоны. Оценка доли инфицированных, которые после эвакуации перейдут в тяжелую форму заболевания, позволит прогнозировать объем и интенсивность медицинской помощи. Для решения поставленной задачи перспективны методы математического моделирования с максимальным отказом от эмпирических предположений. Существующие достижения в области математического моделирования коллективного движения групп людей, прогресс в клеточных моделях развития вирусных заболеваний и современные методы расчета турбулентного массопереноса позволяют реализовать решение поставленной задачи. В диссертации рассмотрено инфицирование хорошо изученным штаммом коронавируса SARS-CoV-2 (COVID 19). Рассмотрено три взаимосвязанных направления моделирования. Во-первых, проведена модернизация существующей популярной модели социальных сил (Social Force Model) с целью корректного учета социальной дистанции между индивидами и моделирования поведения индивидов при панике (макроуровень). Во-вторых, предложено уточнение существующей стандартной клеточной модели инфицирования с целью учета врожденного иммунитета и потока вирионов из атмосферы (микроуровень). На основе численного эксперимента показано, что инфицирование в атмосфере со случайной концентрацией вирионов качественно отличается от детерминированного случая. Третье направление исследований объединяет микро- и макроуровень моделирования. https://www.itmo.by/conferences/abstracts/?ELEMENT_ID=28562 https://www.itmo.by/conferences/abstracts/mif-17/mif17-proceedings.pdf https://bgrssb.icgbio.ru/2024/ru/