Коллектив молодых ученых МФТИ применил методы компьютерного моделирования для надежного прогнозирования физических свойств сложных промышленных жидкостей. Работа вошла в финал 12-го международного тематического конкурса Industrial Fluid Properties Simulation Challenge (США) и предварительно опубликована в SSRN – хранилище препринтов по социальным и гуманитарным наукам.
Для создания промышленных жидкостей, например, новых смазочных материалов, часто требуется уметь заранее предсказывать свойства сложных многокомпонентных смесей и их изменение при разных термодинамических условиях (давлении, температуре). Для развития теоретико-вычислительных методов таких прогнозов в США на протяжении последних 20 лет проводятся международные конкурсы по предсказанию свойств промышленных жидкостей.
При этом количество возможных комбинаций исходных веществ в смеси велико, поэтому сложность и длительность экспериментов зачастую критически усложняют и удорожают проект. Вторая проблема – физические свойства смеси (например, коэффициент вязкости) сложно предсказывать, зная данные только для чистых компонент.
Команда молодых исследователей МФТИ, ОИВТ РАН и НИУ ВШЭ, для решения этой задачи предложила надежный фундаментально-вычислительный подход, который в перспективе найдет широкое применение и потребует минимальных экспериментальных данных. При разработке подхода они работали над предсказанием итоговой вязкости смеси.
Вязкость органических жидкостей является ключевым свойством для моделирования технических процессов. К примеру, именно она определяет режимы впрыска топлива, уровень трения для смазочных материалов и может быть маркером стеклования.
Ученые пришли к выводу, что существующие модели жидкостей плохо прогнозируют вязкость диолов (двухатомных спиртов), поэтому занялись их модификацией. Коэффициент вязкости они рассчитывали методом Грина-Кубо достаточно точно, поэтому при наличии достоверной модели эта задача стала для них чисто технической. Они разработали подход, который точно воспроизвел сдвиговую вязкость смеси при разных концентрациях указанных веществ. Предсказанную расчетами вязкость они проверили, сравнив ее с данными реальных лабораторных измерений, проведенных в Национальном институте стандартов и технологий США (NIST). Относительная погрешность между прогнозируемыми и экспериментальными значениями не превысила 10%, чем обеспечила методу принципиальную возможность прогнозирование вязкости смесей.
Предложенный группой подход требует большого количества статистических данных, поэтому расчеты проводились на ведущих суперкомпьютерах, рассказал руководитель исследования, заведующий лабораторией многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ Николай Кондратюк.
Научная статья об этом готовится к публикации.
По материалам пресс-службы МФТИ