Разработка математических моделей, численных методов, параллельных алгоритмов и комплекса программ для моделирования процессов сверхзвукового напыления наночастиц на подложку

Проект лежит в русле двух приоритетных направлений развития науки РФ - «Информационно-телекоммуникационные системы» и «Индустрия наносистем», и связан с двумя критическими технологиями: «Технологии и программное обеспечение распределенных и высокопроизводительных вычислительных систем» и «Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий». Проект предполагает разработку новых компьютерных моделей, численных методов, параллельных алгоритмов и комплекса программ для решения задач сверхзвукового холодного газодинамического напыления наночастиц на подложку, изготовленную из композитных материалов на основе кремния. Актуальность темы проекта обусловлена необходимостью практического решения научно-технических и технологических задач напыления, связанных с созданием новых материалов для нужд современной электроники. Новизна и фундаментальность проекта связана с существом самой задачи напыления сверхмалых объектов на поверхность, структура которой задана на молекулярном уровне. Также новизна связана с новыми математическими моделями и методами моделирования, которые будут адаптированы к архитектуре современных высокопроизводительных вычислительных систем. В качестве базовой математической модели будет использоваться квазигазодинамическая система уравнений в сочетании с системой уравнений Ньютона, описывающей динамику отдельных частиц (атомов, молекул и напыляемых нанокластеров). Для решения газодинамических макроуравнений будет использоваться классический сеточный подход на основе методов конечных разностей и конечных объ?мов. Для реализации уравнений молекулярной динамики будут использованы схема Верле и другие асимптотические численные методы. Задача напыления будет рассмотрена в максимально полной математической постановке, включая трехмерность, реальную геометрию технической установки, нелинейность происходящих процессов, наличие многих компонент газовой среды и наночастиц, атомно-молекулярную структуру поверхности, металлических частей системы подачи газа и наночастиц. В качестве конкретных подзадач предполагается рассмотреть: а) многокомпонентное течение газа в микроканале подающей системы с учетом геометрии сопла; б) взаимодействие газовой смеси со стенками подающей системы; в) взаимодействие набегающего газового потока с поверхностью напыления; г) движение наночастиц в газовом потоке и взаимодействие их с поверхностью напыления. В результате выполнения проекта будут разработаны новые математические модели и численные методы, созданы параллельные алгоритмы и комплекс программ, применяемый для решения задачи напыления в различных постановках, выполнены модельные расч?ты процессов напыления.