№ 3 (2016)

Обложка

Весь выпуск

Об одной вспомогательной нелинейной краевой задаче в теории сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау и её множественных решениях

Конюхова Н.Б., Шеина А.А.

Аннотация

Проводятся аналитико-численные исследования однородной нелинейной краевой задачи для обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка с кубической нелинейностью и двумя вещественными параметрами, возникающей в теории сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау. Множественные нетривиальные решения этой задачи, зависящие от указанных параметров, выражаются через эллиптические функции Якоби и описывают стационарные состояния (вблизи критических значений температур) сверхпроводящей бесконечной пластины конечной толщины в отсутствие магнитного поля. Задача является «вырожденной» по отношению к исходной нелинейной краевой задаче для сверхпроводящей пластины в магнитном поле и важна для построения алгоритма нахождения всех решений последней в широком диапазоне изменения параметров; изучаемая задача представляет и самостоятельный математический интерес.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):5-20
pages 5-20 views

Агрегированная двухсекторная динамическая модель венчурного инвестирования

Остапов В.А.

Аннотация

Венчурный капитал составляет значительную долю инвестиций в инновационные проекты. Строится двухсекторная динамическая модель экономики с учётом венчурного инвестирования. Выделяются пять экономических агентов: население, банки, торговые посредники и производство, разделённое на два сектора - традиционный и инновационный. В статье даётся микроописание деятельности фирм обоих секторов. Фирмы основного сектора в каждый момент времени образуются за счёт перехода в него одной из фирм венчурного сектора, в котором в каждый момент времени создаётся несколько фирм. Параметры инновационных фирм задаются нормальным распределением. Венчурный инвестор кредитуется банковской системой, полностью контролирующей доходы и убытки венчурного сектора. Население инвестирует деньги в фирмы традиционного сектора в момент их перехода из венчурного. Описывается процесс выхода фирм из инновационного сектора и их продажи. Также дано описание процесса ликвидации убыточных фирм обоих секторов. Приводятся результаты численных экспериментов с замкнутой математической моделью. Предложенная модель входит в режим экспоненциального роста в котором выделяется характерный излом в момент времени, когда инвестиции населения выходят на уровень банковских кредитов.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):21-30
pages 21-30 views

Решение краевых задач для систем ОДУ большой размерности: эталонные расчеты в рамках метода Канторовича

Гусев А.А., Чулуунбаатар О., Виницкий С.И., Дербов В.Л.

Аннотация

Представлены эталонные расчеты краевой задачи для систем ОДУ второго порядка большой размерности с помощью программы KANTBP с использованием метода конечных элементов. На практике для решения краевых задач с дальнодействующими потенциалами и большого числа открытых каналов необходимо решать краевые задачи для систем дифференциальных уравнений большой размерности, которые также требуют изучения сходимости и устойчивости алгоритмов и программ. С этой целью в данной работе решена задача на собственные значения для эллиптического дифференциального уравнения в двумерной области с граничными условиями Дирихле. Решение ищется в виде разложения Канторовича по параметрическим базисным функциям одной из независимых переменных, при этом вторая независимая переменная рассматривается как параметр. Базисные функции вычисляются в аналитическом виде как решения вспомогательной параметрической задачи Штурма-Лиувилля для ОДУ второго порядка. В результате, двумерная задача сводится к краевой задаче для самосопряжённой системы ОДУ второго порядка относительно второй независимой переменной. Дискретизация задачи выполнена в рамках метода конечных элементов. Эффективность, устойчивость и сходимость вычислительной схемы продемонстрирована эталонными расчетами для треугольной мембраны с вырожденным спектром.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):31-37
pages 31-37 views

Алгоритмы и программы решения краевых задач для систем ОДУ второго порядка с кусочно-постоянными потенциалами: многоканальная задача рассеяния и задача на собственные значения

Гусев А.А., Чулуунбаатар О., Виницкий С.И., Хай Л.Л., Дербов В.Л., Гуждж А.

Аннотация

Предложены новые алгоритмы и программы, реализованные в системе Maple для решения многоканальной задачи рассеяния и задачи на собственные значения волноводного типа для систем ОДУ второго порядка с матрицей кусочно-постоянных коэффициентов размерностью N х N на оси. Разработаны новые алгоритм и программа для решения краевой задачи методом сшивки фундаментальных решений (МСФР) системы ОДУ в точках разрыва потенциалов. На каждом из подынтервалов оси общее решение системы ОДУ ищется в виде линейной комбинации 2N фундаментальные решений с неизвестными коэффициентами. Каждое фундаментальное решение явно зависит от спектрального параметра и собственных значений и собственных векторов алгебраических задач на собственные значения с матрицей постоянных потенциалов размерностью N х N. Из условия непрерывности решений и их производных в точках разрывов потенциалов следует система алгебраических уравнений. В случае задачи на связанные или метастабильные состояния полученная система алгебраических уравнений содержит нелинейную зависимость от неизвестного спектрального параметра. Для решения такой нелинейной задачи сформулирован символьно-численный алгоритм. Дано сравнение эталонных расчётов связанных, метастабильных состояний и состояний рассеяния краевых задач для систем ОДУ второго порядка, выполненных с помощью программ, реализующих алгоритмы МСФР и метода конечных элементов.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):38-52
pages 38-52 views

Интегральная модель свободноконвективного турбулентного пограничного слоя с большими поперечными числами Грасгофа и однородно распределённым удельным тепловым потоком

Рыбаков Ю.П., Черкасов С.Г., Суслов Я.А.

Аннотация

Предложена интегральная двухзонная модель для описания характеристик турбулентного свободно-конвективного пограничного слоя около вертикальной стенки. Получены уточнённые профили вертикальной скорости и избыточной температуры, учитывающие влияние пристеночной области на течение в основной части пограничного слоя. Предложен корректный способ использования формулы Блазиуса для определения величины турбулентного напряжения трения на стенке. На основе дифференцирования профиля избыточной температуры найдено соотношение, связывающее удельную плотность теплового потока и избыточную температуры стенки. Показано, что в рамках выбранного приближения соотношение, связывающее удельную плотность теплового потока и избыточную температуры стенки, имеет форму, аналогичную формулам Влита-Росса и Саундерса. Получена замкнутая система интегро-дифференциальных уравнений, описывающая течение в свободноконвективном пограничном слое. В рамках выбранного приближения общая система интегро-дифференциальных уравнений была сведена к системе нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка. На основании полученной системы было проведено численное моделирование свободеноконвективного турбулентного пограничного слоя в условиях ряда экспериментов. Сделано сопоставление результатов численного моделирования, в том числе полей вертикальной скорости и избыточной температуры, с экспериментальными данными.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):53-60
pages 53-60 views

Анализ течения в пристеночной области свободноконвективного турбулентного пограничного слоя

Рыбаков Ю.П., Черкасов С.Г., Суслов Я.А.

Аннотация

Проведён анализ течения турбулентного свободно-конвективного пограничного слоя около нагретой вертикальной пластины. На основе сопоставления критериев подобия определено относительное влияние вязких и конвективных сил в рассматриваемой области. Получены приближенные уравнения, описывающие характеристики течения в пристеночной области с учётом относительного влияния вязких и конвективных сил. С использованием аналогии между уравнениями вынужденного турбулентного пограничного слоя и полученных уравнений для пристеночной области найдены соответствующие профили вертикальной скорости и избыточной температуры. На основе полученных профилей вертикальной скорости и избыточной температуры были построены поля скоростей и температуры внутри пристеночной области. По полям скоростей получено выражение, описывающее турбулентное трение в пристеночной области свободноконвективного турбулентного пограничного слоя. На основе аналогии с вынужденным турбулентным пограничным слоем и течением в пристеночной области свободконвективного турбулентного пограничного слоя возле вертикальной пластины было предложено использовать формулу Блазиуса для нахождения значения турбулентного напряжения трения на стенке. Проведён обзор полученных результатов.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):61-65
pages 61-65 views

Особенности ускорения ультрарелятивистских электронов мощным лазерным излучением в режиме циклотронного авторезонанса

Абдулов Н.о., Милантьев В.П.

Аннотация

Проведён анализ численного решения уравнений движения электронов в поле ультракороткого лазерного импульса, распространяющегося вдоль постоянного магнитного поля, при условии циклотронного авторезонанса. Показано, что при отсутствии условия циклотронного резонанса в момент инжекции электроны мгновенно покидают область взаимодействия. Поле лазерного излучения круговой поляризации задавалось в параксиальном приближении в виде гауссовых пучков основной и первой мод. Учитывались поправки первого приближения к компонентам поля излучения. Расчёты показали, что поправки первого порядка к поперечным компонентам векторов поля не оказывают существенного влияния на авторезонансное движение электронов, тогда как продольные компоненты первого приближения играют решающую роль. Было показано также, что в рассматриваемом случае конкретная форма импульса не имеет значения. Получены картины пространственного распределения векторов поля излучения в поперечной плоскости в зависимости от продольной координаты (направления распространения излучения). Показано, что характер изменения энергии пучка электронов сильно зависит от их положений инжекции в фокальной плоскости. При этом в зависимости от места инжекции возможно как ускорение, так и замедление пучка электронов. Показано, что при оптимальных условиях инжекции механизм циклотронного авторезонанса может обеспечить достаточно высокую эффективность ускорения ультрарелятивистских электронов в поле мощного лазерного излучения первой и основной мод с достаточно высоким средним темпом на расстоянии порядка двух рэлеевских длин. Предпочтительнее является основная мода из-за более простого описания поля этой моды, более высокого темпа ускорения и более широкой ускоряющей зоны инжекции пучка электронов.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):66-78
pages 66-78 views

Численное моделирование взаимодействия короткого ионного пучка с плазмой

Красовицкий В.Б., Туриков В.А., Камин Д.В.

Аннотация

В работе рассматривается задача о прохождении короткого ионного пучка через слой плазмы. В таком процессе происходит захват пучком электронов плазмы и компенсация его заряда. Компенсация заряда при транспортировке заряженных пучков необходима для предотвращения их расплывания под действием собственного кулоновского поля. Важность изучения методов компенсации заряда ионных пучков высоких энергий обусловлена их многочисленными приложениями. В частности, в последние годы ведутся активные исследования по взаимодействию интенсивных ионных пучков с термоядерными мишенями с целью получения управляемого синтеза. Для описания взаимодействия пучка с плазмой в работе использовано одномерное электростатическое приближение и приведены условия его применимости. Рассмотрено движение электрона в поле ионного пучка с модельным распределением плотности. Посредством численного моделирования по методу частиц в ячейке показано, что при прохождении короткого ионного пучка через слой плазмы происходит захват части электронов плазмы полем сгустка. Однако, в отличие от гидродинамического описания, использованного другими авторами, этот процесс имеет существенно кинетическую природу, причём коллективное электрическое поле сравнимо по величине с полем пучка. Под действием суммарного поля возникают пучки ускоренных электронов, приводящие к нелинейному режиму пучковой неустойчивости и сильному нагреву электронной компоненты плазмы. Показано, что на захват электронов полем сгустка сильное влияние оказывает переменное поле, вызванное плазменными колебаниями на границах слоя. Проведено численное моделирование процесса прохождения пучка через слой плазмы на интервалах времени, сравнимых с ионным плазменным периодом. Метод частиц в ячейке применён в этом случае для расчёта движения ионов. Предполагалось, что электроны имеют больцмановское распределение плотности в самосогласованном поле. Краевая задача для уравнения Пуассона, которое в такой постановке становится нелинейным, решалась численно методом стрельбы. При электронной температуре, значительно превышающей ионную, продемонстрировано образование стационарных структур типа ионных фазовых дыр.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):79-86
pages 79-86 views

Сведения об авторах

- -.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):87-88
pages 87-88 views

Правила оформления статей

- -.
Discrete and Continuous Models and Applied Computational Science. 2016;(3):89-90
pages 89-90 views

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах