Слева: Marco A. Galvani Cunha, Johns Hopkins University, Baltimore, MD(победитель) По центру: Scott Bair, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA (эксперимент, организатор) Справа: Николай Кондратюк
На конкурс они представили работу, выполненную в рамках комплексной научной программы развития РНФ 14-50-00124 «Фундаментальные основы энергетики будущего».
«Вынесенная на конкурс задача важна для понимания процессов, происходящих в высоконагруженных механических узлах - подшипниках, зубчатых передачах в трансмиссии транспортных средств, двигателях и турбинах: из-за малого зазора между трущимися поверхностями давления могут достигать тысяч атмосфер, в этом режиме существенно меняются упругие свойства и вязкость материала, что определяет силу трения в механическом узле»,- говорится в сообщении ОИВТ.
Всего на конкурс было представлено 7 работ, в том числе группами из США (NIST & Akron University, John Hopkins University, University of North Dakota), Китая (Shanghai Jiao Tong University) и Великобритании (Imperial College, University of Bath) и работа ОИВТ РАН.
Результаты конкурса были объявлены на специальной сессии ежегодной конференции Американского института химической технологии в г. Питсбурге. Первое место заняла группа из университета Джона Хопкинса (США).
Николай Кондратюк – младший научный сотрудник ОИВТ РАН, ВШЭ и МФТИ, в настоящее время заканчивает аспирантуру МФТИ. К.ф.-м.н. Василий Писарев, выпускник МФТИ 2011 года, ведущий научный сотрудник ВШЭ, заведующий лабораторией в ОИВТ РАН и доцент МФТИ.
В ходе конкурса организации-участники проводят экспериментальные работы по измерению свойств жидкости, а задача участников конкурса - вслепую (до публикации этих экспериментальных результатов) получить аналогичные результаты методом компьютерного моделирования. Результаты компьютерного моделирования затем оцениваются сравнением с эталонными значениями, полученными в эксперименте.
Такой конкурс, с одной стороны, дает стимул участникам проводить максимально точное моделирование, а с другой – позволяет получить оценку степени готовности методов молекулярного моделирования для определенных промышленных задач.
Конкурс по моделированию свойств промышленных жидкостей организуется ежегодно Форумом по численным методам в молекулярной физике и инженерии (CoMSEF), в числе участников которого – Американский институт химической технологии (AIChE), Американское химическое общество (ACS), Национальный институт стандартизации и технологии (NIST), компания Dow Chemical.
Цели конкурса - создать стимул к повышению точности методов предсказательного молекулярного моделирования, формализовать методы оценки точности моделирования по экспериментальным данным и обеспечить актуальность работ по молекулярному моделированию для промышленных задач.
Целью десятого конкурса, проведенного в этом году, было получение зависимости вязкости от давления для разветвленного углеводорода - изомера нонана C9H20, являющегося модельной системой для смазочных материалов.
Рассматриваемая задача важна для понимания процессов, происходящих в высоконагруженных механических узлах - подшипниках, зубчатых передачах в трансмиссии транспортных средств, двигателях, турбинах. Из-за малого зазора между трущимися поверхностями давления могут достигать тысяч атмосфер, в этом режиме существенно меняются упругие свойства и вязкость материала, что определяет силу трения в механическом узле.
Фундаментальная ценность численного моделирования для этой задачи состоит в том, что измерения вязкости при больших давлениях затруднены, а при давлениях выше 5 тыс. атмосфер стали возможны лишь в последнее десятилетие. Молекулярное моделирование с подходящей моделью межатомного взаимодействия сокращает стоимость получения этих данных.
О работе ОИВТ
В работе, представленной ОИВТ, вязкость вычислена методом молекулярной динамики в модели из 1500 молекул. Молекулы представлены полноатомной моделью COMPASS, учитывающей нелинейные колебания внутримолекулярных связей. Для давлений от 1 до 4000 атмосфер группе удалось дать предсказание вязкости, совпавшее с измерениями в пределах экспериментальной погрешности (3%), далее погрешность вычислительной модели постепенно нарастает.
Расчет проводился двумя разными методами - для равновесной и неравновесной динамики. Результаты методов верифицировались предельным переходом одного случая в другой.
Работы по достижению максимальной скорости суперкомпьютерных расчетов данного типа было проведены совместно с Международной лабораторией суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа ВШЭ.
Вычисления проведены в суперкомпьютерном центре ОИВТ РАН на суперкомпьютерах "Десмос" и "Фишер", приобретенных в рамках проекта РНФ 14-50-00124.
