автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Компьютерные модели реагирующих газов в задачах технической экологии

на правах рукописи

Ладоша Евгений Николаевич

КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВ В ЗАДАЧАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ

Специальность

05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2006 г.

Работа выполнена на кафедре «Информатика» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Соболь Борис Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Страхова Наталья Анатольевна

кандидат технических наук, с.н.с. Леднов Дмитрий Анатольевич

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт «Промышленной и экологической безопасности» Южно-Российского государственного технического университета

Защита диссертации состоится « ^О » 2006 г. в 11 часов

на заседании диссертационного совета К 212.208.04 по физико-математическим и техническим наукам в Ростовском государственном университете по адресу: 344090, Ростов-на-Дону, пр-т Стачки 200/1, корпус 2, ЮГИНФО РГУ, ауд. 206.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке РГУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан « » Оа^ОУУ^ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К 212.208.04, кандидат физико-математических наук, доцент Муратова Г. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблемы технической экологии приняли глобальный характер и определяют магистральные направления современных прикладных исследований. Связано это с тем, что плотность деятельности и поток вовлекаемых в нее природных ресурсов достигли критических значений, и дальнейшее развитие человечества при сохранении достигнутых социально-экономических показателей и тенденций, касающихся устройства экономики, жизненного уклада и, особенно, стандартов потребления представляет серьезную угрозу для биосферы в ее нынешнем виде. Возрастает уровень техногенных рисков,- ассоциируемых с быстрыми скачкообразными переходами системы «человек - биосфера» в метаста-бильные состояния с непригодными для жизни параметрами. Поэтому оценка влияния и прогнозирование последствий различных видов хозяйственной деятельности на биосферу и на человека приобретают большое значение.

Важный класс проблем технической экологии составляют вопросы защиты атмосферы — открытой многокомпонентной распределенной динамической системы. Ведущими возмущающими факторами здесь выступают химические и параметрические возмущения искусственного происхождения. Эффективное решение задач охраны воздушного бассейна и выработка стратегий устойчивого развития экономики не возможны без опоры на вычислительный эксперимент (ВЭ). Исследование информационных моделей возмущенной атмосферы при помощи ЭВМ позволяет удовлетворить большинство практических запросов в условиях, когда теория сильно нелинейных динамических систем химической природы находится в стадии становления. Существенно, что практика нуждается в подобных моделях все более высокого разрешения.

В связи с развитием вычислительной техники и средств измерений в физико-химической кинетике «ручное» программирование комплексных задач экологии воздушного бассейна оказалось главным ограничителем возможностей ВЭ успешно решать задачи данного класса. Поэтому уже

3

более десяти лет ведущие исследовательские центры как отечественные, так и зарубежные сосредоточили усилия на пути создания генераторов проблемных компьютерных моделей высокого разрешения. Новейшие достижения физико-химической кинетики и современные информационные технологии позволяют существенно повысить эффективность ВЭ в технической экологии (проблемы загрязнения и параметрического возмущения атмосферы) — за счет создания нового поколения генераторов компьютерных моделей химически и оптически активных газов.

Таким образом, решаемая в диссертационной работе проблема автоматизации ВЭ в задачах охраны воздушного бассейна и сопряженных задачах технической экологии представляется весьма актуальной.

Цель и задачи исследования. Диссертационное исследование направлено на создание адекватных информационных моделей реальных газовых сред в проблемах технической экологии и эффективных программных средств генерации и численного анализа таких моделей.

Достижение обозначенных целей осуществлялось последовательным решением следующих задач: 1) форматизации процедуры ВЭ в научных исследованиях неравновесных нестационарных физико-химических процессов, определяющих динамику искусственно возмущенного воздуха, 2) выбора базовой математической модели и разработки генератора конечных компьютерных моделей как средства автоматизации ВЭ в задачах рассматриваемого класса, а также 3) апробации предложенных теоретических и инструментальных результатов путем решения ряда актуальных задач технической экологии, содержание которых составляют антропогенные воздействия на атмосферу и оптимизация технологических процессов в газовой фазе.

Методы исследования сочетают выработанные в нелинейной динамике подходы к синтезу и анализу динамических систем, математический формализм физико-химической кинетики, технику дискретизации дифференциальных уравнений и способы их численного интегрирования, стати-

стические алгоритмы идентификации моделей, способы и приемы асимптотического анализа динамики связных объектов, технологии объектно-ориентированного и визуального проектирования программных комплексов, упорядоченный мировой опыт в создании генераторов компьютерных моделей сходного назначения.

Научная новизна. Разработана эффективная методика решения задач защиты воздушного бассейна от техногенных воздействий посредством вычислительного эксперимента с подробными математическими моделями возмущенного газа. Создан генератор фотохимических блоков для проблемных моделей типа «реакция — конвекция», «реакция — диффузия», включающий встраиваемые в компьютерные реализации вариантов алгоритмы трассировки системной динамики (анализа устойчивости и выделения минимальных моделей). Защищаемые средства автоматизации позволяют качественно усовершенствовать модель фотохимических процессов в стратосфере, возмущенной реактивными выбросами ракетной техники. Вкупе с оригинальной иерархией моделей механической эволюции ракетного следа в озоносфере и существенно уточненными начальными параметрами ракетных возмущений защищаемый инструментарий проблемного ВЭ послужил основой для критического пересмотра действующих оценок влияния запусков аэрокосмической техники на стратосферную динамику. Предлагаемая технология ВЭ подтвердила заявленную эффективность применительно к моделированию квантовых процессов в активных газовых средах (С02-лазср), а также при дополнительном осреднении реакционных слагаемых — с целью учесть интегрально сложные эффекты «подсеточного уровня» (горение в поршневом ДВС). Существенно, что во всех рассмотренных моделях технической экологии (атмосферы) защищаемый подход обеспечил уверенное выделение минимальных моделей, отвечающих ведущим процессам в нелинейных распределенных динамических системах химической природы.

Достоверность выносимых на защиту результатов обеспечивается:

построением при решении каждой конкретной задачи надлежащей иерархии моделей, всесторонним тестированием оригинального инструментального ПО, использованием Хорошо апробированных процедур численного анализа, сопоставлением результатов ВЭ (не только итоговых, но, по возможности, всех промежуточных) с имеющимися эмпирическими и теоретическими данными.

Практическая ценность. Защищаемая технология синтеза и анализа компьютерных моделей возмущенного воздуха позволяет успешно решать многие актуальные задачи технической экологи. В частности, она служит методической основой исследований по проекту РФФИ №05-08-33433-а, нацеленному на уточнение (при необходимости — пересмотр) оценок влияния запусков ракетной техники на стратосферный озон. Соответствующие результаты внедряются в учебный процесс специальности 230401 «Прикладная математика» Донского государственного технического университета.

Апробация работы осуществлялась путем докладов и представлений всех защищаемых идей, теоретических положений, научных и практических результатов на следующих конференциях (семинарах, симпозиумах): 1) «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования: XXVII Школа-семинар» — Ростов н/Д, 1999 г.; 2) «Экономика и политика в области природоустройства: V международная научно-практическая студенческая конференция» — Ростов н/Д, 1999 г.; 3) «Проблемы развития атомной энергетики на Дону: Научно-практическая конференция» — Ростов н/Д, 2000 г.; 5) «Новые технологии управления движением технических объектов: 3-я международная научно-техническая конференция» - Новочеркасск, 2000 г.; 6) «Математическое моделирование и краевые задачи: Х-ХП1 межвузовские конференции, И-я Всероссийская научная конференция» - Самара, 2000-2005 гг., 7) «Автоматизация, технология и качество в машиностроении: международная студенческая научно-техническая конференция» - Донецк (Украина), 2001 г.,

8) «Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий, металлообработки и порошковой металлургии: Информационные технологии и интеграции науки, образования и производства: Научно-техническая конференция и научно-практический семинар в Южно-Российском Экспоцентре» - Ростов н/Д, 2004 г.; 9) «Молодежь XXI века — будущее Российской науки: П международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых» — Ростов н/Д, 2004 г.; 10) «Современные технологии обучения: X международная конференция» - Санкт-Петербург. 2004 г, 11) «Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении: Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и образовании: Научно-техническая конференция: ВЦ ВертолЭкспо» — Ростов н/Д, 2005 г.; 12) «Безопасность. Технологии. Управление: 1-ая Международная конференция» - Тольятти, 2005 г.; 13) «Математические методы в современных и классических моделях экономики и естествознания: Научно-техническая конференция: РГЭУ (РИНХ)» - Ростов-н/Д, 2005 г.; 14) «Международный научный симпозиум, посвященный 140-летию МГТУ «МАМИ»: МАМИ». — Москва, 2005 г.; 15) научных семинарах и конференциях ДГТУ (кафедры «БЖД и ЗОС», «Информатика» и «Математика») -2000 - 2005 гг.

Публикации. Защищаемые в диссертационной работе результаты опубликованы в 35 научных работах, в т.ч. в одной монографии (в соавторстве), учебном пособии (в соавторстве), 25 статьях в реферируемых периодических печатных изданиях (21 — в соавторстве), 8 свидетельствах об официальной регистрации компьютерных программ РОСПАТЕНТом (7 — в соавторстве), а также в материалах перечисленных выше конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключительной части, списка использованных первоисточников и опубликованных соискателем работ. Общий объем рукописи составляет 155 с. в т.ч. 20 табл., 22 рис. и 177 библиографических ссылок.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, сформулирована его цель и задачи, решением которых она реализуется. Сформулирована основная идея работы, перечислены теоретико-методические основы исследования, показана научпая новизна и практическая ценность полученных результатов, обоснована их достоверность. Приведены сведения о структуре и объеме диссертации, а также подробности апробации защищаемых результатов.

Первая глава посвящена формулировке базовой модели химически и оптически активного воздуха в условиях химического, параметрического и динамического возмущений типичных для задач технической экологии атмосферы и сопряженных. В качестве такой модели обоснована модель одномерного течения с реакциями и переносом излучения, занимающая промежуточный уровень между моделями динамики активного многокомпонентного газа Эйлера и Навье — Стокса. Квалифицируемая как модифицированная модель среды Эйлера при использовании стандартных в кинетике и динамике газов обозначений она выражается системой УЧИ:

— блок уравнений ГД (газовой динамики) —

а/ Р Р

££+иУи = -1у(Р-¿^у«)+, (2)

а/ р з рЫЛ р

д( рНл рА'л р рА!л

- блок уравнений ХК (химической кинетики) —

/лк},г,1„)=2>; - и,; )и\, =*; п <* - П -

* :

- &/ЮК хракнений ИI {рааищионнаго переноси) -

4 - ЛаХ."-

= к»[1 -ехр(-Асй>^7')], к{а>, с„ Т) . I„,ь = I^(<о,Т). (5)

- блек уравнений ТУ (граничных условий и внешних источников) -

5,'(г. () = 5,' "V. О + Л',' <*(г, О. Г(г. /) = 54 тесУ. /), () = 5е """"(г, г) + 5е' ""(г. О. (6)

— зсшьгкакпцие соотношения -

р = и\ТАЪс,ц, Р'рКТ/м, М = ЪсМ1Ъс1, V =х=П. (7)

Уравнешш (1)-(7) отвечают одномерным движениям газа, в которых микро-перенос (всех веществ, импульса и энергии) характеризуется единым коэффициентом, т.е. числа Прандтля Рг, Льюиса Ье и Шмидта вс полагаются равными единице. Это ограничение не представляется принципиальным для наших целей, но, обеспечивая подобие уравнений (1)-(3), заметно упрощает генерацию компьютерных моделей.

Защищаемый в диссертации генератор ХК-блоков является результатом существенного структурного и функционального развития генераторов-прототипов БАНКОМ и КИНКАТ, созданных в МФТИ в начале 90-х годов. Структурно-функциональная схема реализованной соискателем версии автоматизированной системы (АС) КИНКАТ приведена на рис. 1.

По сравнению с прототипом защищаемая версия АС КИНКАТ обеспечивает следующие принципиальные для целей технической экологии функции: 1) генерацию термохимически согласованных кинетических модулей согласно (4), а при необходимости отыскание «системного» термохимического потенциала, 2) генерацию моделей неоднородных реагирующих газов в приближениях «проточный реактор» и «кинетика-диффузия» (дискретизация жестких У 411 (1), (3), (4) осуществляется методом прямых: в первом случае формируются гиперболические уравнения в переменных Эйлера, во втором - параболические в переменных Лагранжа), 3) возможность стоп-сгартового интегрирования динамических уравнений (1)-(7) в условиях сингулярных возмущений системы (триггернымл) источниками, 4) частичную автоматизацию исследований структурной и динамической устойчивости компьютерных реализаций конкретных моделей, 5) эффективную технологию выделения минимальных моделей (содержательных аттракторов) в обозначенной предметной области.

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ (иювмвр-исследо&атепь)

X тцшвшкй ч&ты йммм С Г

Головной модуа ь системы КННКА Т

Опием не возможностей еиегаш а«рммех»е аммит Генерации код» Выход

Система управления Базой кинетических данных

Генератор кинетической схемы

rilnm гг»пчг| oxiixn и Till ' тяНчнТ'/шш'П

в «м ym mwk m iiarem*

Базе

;термодин амичеекме данны х

База исходных кинетических данных для химических

и фотохимических реакций -Ц=-

69ЯГШЩ —III f»MU*8

Модуль факторного анализа

Теплота образования веществ»

Г1

HW

и

Частоты молекулярных колебаний

Энтропия образования еецуства У(7)

!_Теплоемкость вещества |

_еДт}

база | кинвтмчэоих j _ данным \

[ N. О. NO .Ni*. Oj*. N4. 0*.

Параметрически NO4",

возмущенный воздух

! СН. CN.0H.HM0.CI0.HCI

| Химически возмущённый SH.

воздух

jN^Mi. coiitm).

Фотохимия и перенос j/»., . ] ; дантовьк аозбщдэшцй ^

I и AMrffallMMICоппнм * Гве

Рис. 1. Структурно-функциональная схема защищаемой веосни АС К1ГНКАТ

Выполненный в данной главе анализ структуры якобиана генерируемых АС ЮШКЛТ моделей (его гиперболический и параболический варианты приведены на рис. 2) позволил оценить предельные возможности детализации при описании распределенных реагирующих систем покачано, что современные инструментальные средства ограничивают возможности проблемного ВЭ распределенными реагирующими средами, в которых число веществ в стелет! 1/2 ' число ячеек меньше ста (/'"У < 100 для систем изображенных на рис 2)

и

/-номер пространственной ячейки (./' =1,____О

/ = / ху + / _ сквозной номер «локализованного вещества» . Рис. 2. Форма «химического» якобиана: а - в системе с конвекцией, б- с диффузией

Усовершенствование методики отбора ведущих реакций (и их связок с транспортными процессами) тесно связано с необходимостью учитывать обратимость каждого элементарного акта (химического или фотохимического превращения, а также передачи внутреннего возбуждения частиц квантами). Строго обоснованное в физике элементарных взаимодействий, оно реализуется посредством двух стадийной процедуры: на предварительной стадии ранжированием и делением упорядоченного списка пополам отсеиваются второстепенные реагенты и соответственно все реакции с их "участием, а на завершающей — несущественные реакции (обратные попарно) между оставшимися значимыми реагентами. Показано, что роль отдельных веществ в совокупном химизме (динамике или кинетике превращений) определяется величиной интегрального показателя Ляпунова

Д = <А>|£ "[Ь(/Л,)] '{!/Дс>7>'с,-А^ГМ<Лп/: (8)

реагенты, для которых величина Д максимальна по модулю и отрицательна, наименее интересны в динамическом отношении и в первую очередь претендуют на исключение из схемы превращений. Важность отдельных реакций (строго говоря, реакционно-транспортных связок) на втором этапе

11

факторного анализа отслеживается посредством следящих функционалов (СФ). В АС КИНКАТ СФ интегрального характера служат следующие меры значимости:

— отдельных элементарных стадий обратимой реакции —

СФиг = [1п(/2//,)Г1 J Wk*cñnt, СФц" - [1п('Л)Г' J И>" din/, (9)

— конкретнеео дфнялраеленногореакционного канала —

сФа - 1 /1 r*f - <Л,/ • (1

— неуравновешенности прямой и обратной элементарных реакций ~

СФ»- ПпС/Л)]"1 Л»*'- »VW+ ^Irfln/. (11)

Кандидатами на исключение из минимальной схемы превращений {химического аттрактора в процессе системной редукции) являются реакции, характеризующиеся минимальными значениями показателей (9)-(11).

Описанные усовершенствования АС КИНКАТ и расширенная надлежащим образом база термодинамических, кинетических и радиационных коэффициентов для химически и параметрически возмущенного воздуха кардинально упростили ВЭ в рассматриваемой предметной области, сведя его к чередованию существенно автоматизированных процедур синтеза и последующего анализа конкретных компьютерных реализаций (подмножеств) модели (1)-(7) как показано на рис. 3-4.

Рис. 3. Базовая схема составления кинетического модуля при проведении вычислительного эксперимента в задачах технической экологии с использованием защищаемых средств синтеза и анализа компьютерных моделей

Выбор реагентов Анализ

и продуктов возможных

Составление кинетической етеыы

I .1

Твриокинетмчесхое согласование параметров ИММ. генерация лрогр зычного кода

I

Анализ структурной устойчивости X К модели

а

Оценка динамической устойчивости ХКыодели

• Во второй главе качественно усовершенствованный генератор ХК-блоков КИНКАТ применяется для решения актуальной экологической проблемы — оценки влияния запусков ракет-носителей (РН) на динамические процессы в озоновом слое стратосферы. В качестве базовой модели стратосферных фотохимических и динамических процессов выбрана наиболее совершенная на момент создания модель [Губанов Е.В., Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. / Препринт МФТИ №1.1993], объединяющая 610 элементарных фото- и химических реакций между 74 веществами и световыми квантами в диапазоне 170 740 нм с транспортом в режиме развитой двумерной (послойной) турбулентности. Эта модель стала объектом всесторонней детализации, реализуемой, главным образом, за счет предоставляемых АС КИНКАТ новых возможностей. Главные уточнения модели возмущенной озоносферы следующие: 1) увеличено число нетипичных для стратосферы компонентов, причем каждый элементарный химический акт дополнен обратным, 2) учтена высотная зависимость коэффициента турбулентного переноса £ для которого комбинированием физических законов и эмпирических данных получена формула » 2.5 с"'48 см^/с (Я = 20 50 - высота в км), 3) рассчитаны высотные зависимости констант скоростей озоно-сферных фотореакций. Как следствие - расширен спектр адекватно описываемых внешних воздействий, уточнен механический фактор эволюции

примесных облаков, а также реализована возможность послойно исследовать рассматриваемые здесь искусственные возмущения стратосферы.

Другое принципиальное усовершенствование состоит в создании иерархии моделей (ИМ) «кинетика — диффузия» применительно к диссипации реактивных ракетных следов в озоносфере. В ней рассматриваются две градации сложности: 1) подробность учета распределенности системы «возмущенная выбросом РН стратосфера» и 2) разрешение эстафеты движущих сил, которые обусловливают механическое «расползание» ракетного спеда (РС). По первому признак}' модели делятся на ящичные или боксовые (им соответствуют динамические ОДУ) и существенно распределенные (описываются посредством У 411), по второму — на учитывающие только собственно стратосферный перенос и на отражающие превалирование кинетической энергии реактивных газов как источника их механической диссипации на начальном этапе эволюции РС. Аналитически и численно исследованы все элементы (модели) предложенной ИМ и показано, что их адекватность в значительно большей степени зависит от учета/игнорирования смены ведущего фактора диссипации РС в стратосфере, чем от детальности воспроизводства примесных профилей (они эволюционируют от гауссовых 6(г) = {сь Г}(г) ~ е"*2— кричардсоновским ~ е"*2'3).

Наконец, анализ большого объема опубликованных фактических данных об уровнях и химическом составе РС современных РН (см. рис. 5) позволял вывести универсальную зависимость скорости ракеты V от высоты Я: у(Я) «25(Я - 5) м/с.

Теоретическим обоснованием универсальности у(Я) служит следующее обстоятельство: ОДУ движения ракеты непрерывно и слабо зависит от двух параметров (комплексов), значения которых близки для всех современных РН. В результате удалось разделить уровневые и специфические (химические) показатели ракетных возмущений озоносферы: соответствующие результаты сведены в табл.

2ООО

1500

1000

500

О

Рис. 5. Фазовые портреты траекторий ракет различного назначения

Следует подчеркнуть, что в табл. приведен реалистичный, т.е. хилт-чески неравновесный состав РС. Существенно, что концентрация ведущих разрушителей стратосферного озона N0 и ОН в этом случае на 3 4 и - 2 порядка превышает использованные во многих предшествующих работах равновесные значения.

Таблица

Характеристика реактивных выбросов современных РН

Тип РН (число и марка двигателей) Расход топлива, кг'с Разрушающий озон продукт горения ракетных топлив: содержание в реактивной струе, мольных долей

С12 НС1 А1за, N0 ОН

"Протон",6 х РД-253 3200 - - - 7.6 10'1 1.610"

"Спейс шаттл", 3 ББМЕ + 2 хвШ 1600 5800 510" 0.13 0.18 3.010" 2.4 10" 1.7 10"' 2.010"

"Энергия'". 4 х РД-120 + 4 х РД-170 1800 9800 - 30 10" 8.8 10" 1 6 10"5 2.1 10"

"Апап V" 1900 510" 0.12 0 18 310" 2.0 10"

2250 5 10" 0 19 0.019 3 10" 3.310"

А-РН"Арм»м\Г П-РН "Протон" С-РН "СаггуриБ" Ш - РН "Спвис шаттл" - Э-РН"Энаргия"

Д • ракетоплан "Дайна-Сор" (динамика спуска)

ПЛРУД - 1фиблкюинос

урцщцдитм

ОСРВДИВ1ИОМ |ЮТН

д

и

В

«И

В ■ АФР "Викинг 12" Й-АФР "Аэроби" Ф -БР "Фау-2"

Й Ф Й

ф И

Д --Т1 ......

...

" • дШ А

дШ

Н.

ю

20

30

40

50

Этим обстоятельством объясняется расхождение результатов выполненного в данной работе ВЭ для отечественной РН «Протоп» с данными ранних проблемных исследований: корректировка результатов состоит в том, что уровень возмущения стратосферного озона оказывается на ~ 1.5 порядка выше (см. рис. 6). Существенно однако, что гептильные ракеты не создают условий для автокаталитической деструкции Оэ в условиях стратосферной турбулентности.

Рис. 6. Динамика «озоновой дыры», инициированной РН «Протон» согласно: а — детальной кинетической модели неоднородного следового облака, б - детальной кинетической модели в боксовой постановке, в — приближенной минимальной модели (12)-(14); на фрагменте г показан физический размер «дыры», определенной как области, в которой сменяется главный поглотитель УФ излучения в диапазоне 221 -¡- 235 нм (расчет выполнен согласно модели фрагмента а)

Средства выделения ведущих процессов в динамике возмущенной РН «Протон» озоносферы и методы классического асимптотического анализа позволили сконструировать и инициализировать минимальную модель процесса. Соответствующие уравнения имеют вид

□[N0] « - ¿мо[М][Ы01, [N0]!,- о = [Ж^г™, О), □[О,] - - ^[О^ГЫО]. [0»]1г - о - [О,]05(гш1,0),

(12) (13)

где О 3 дШ + ЪЫ{\ + Ы), 5(г,/) ея8п[г^5(1+6/)-г2"]/(1+^)э; Аыо[М] » Ю^с"1, М°зЦ " 10-4 с1, гш м 1000 м, [ОзМОз]Рь «0.01 - 0.03, [ИО]о/[Оз]рь * 30 100 - эффективные параметры минимальной модели (12)-(13). Приведенное на рис. 6, г решение системы (12)-(13) имеет вид

[03](г,/) - {[О3]о + Л^[ОэЫЖ>МАж>[М]) х [ехр(- А«о[М]/) - 1]} Х(г, /). (14)

Третья глава посвящена исследованию возможностей использовать защищаемые подходы, технологию и средства автоматизированного синтеза/анализа детальных компьютерных моделей химически и параметрически возмущенного воздуха и подобных газов для решения задач технической экологии, объектом изучения в которых являются квантовые и другие сложные процессы.

В частности, экспериментально подтверждено, что разработанные в диссертации методики и средства эффективны при моделировании и оптимизации сред газовых лазеров и рабочих процессов, по крайней мере, поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Применительно к последней проблеме разработана техника двухуровневого осреднения кинетических уравнений по специфике динамических процессов при горении и установлена работоспособность защищаемой техники генерации ХК-блоков в условиях такого осреднения. Кроме того, разработапа, идентифицирована и успешно апробирована основанная на уравнениях Я.Б. Зельдовича маломерная сингулярная надстройка к модели горения в ДВС. Модель позволяет с достаточной точностью оценивать содержание N0 в отработавших газах. Для ее теоретического обоснования выполнено исследование автосолитонов (волн) горения и предложен способ расчета соответствующих характеристик, основанный на .методах оптимизации Соответствующая идея заключается в замене «неудобной» нелинейности в уравнении автосолитона на «удобную» — с которой задача разрешается аналити-

чески: после этого подгонкой варьируемых параметров остается добиться их наибольшего сходства

В заключении подытожены результаты диссертационной работы, и обозначены открывающиеся перспективы предметных исследований.

Результаты исследований для широкого внедрения:

Применение результатов диссертации в образовательном процессе технического университета базируется на идее предоставить обучаемым не реальные сложные (часто трудно наблюдаемые) объекты, а их подробные компьютерные модели. Перед учащимися ставится цель осуществить асимптотический анализ не самих объектов технической экологии, а этих достаточно подробных компьютерных моделей. Для этого ряд оригинальных научных результатов, полученных соискателем, оформлен в виде программ для учебного вычислительного эксперимента по технической экологии и безопасности жизнедеятельности.

К защите представлены следующие результаты:

1. Модель течения химически и оптически активного газа, детальность которой отвечает современным требованиям к разрешающей способности вычислительного эксперимента, а степень формализации проблемы позволяет автоматизировать реализацию конкретных вариантов.

2. Генератор-анализатор компьютерных моделей (фото-) химических и квантовых процессов в многокомпонентном газе, который обеспечивает детальность описания, востребованную в технических и экологических приложениях.

3. Иерархия моделей ракетных возмущений озоносферы, объединяющая модели различной подробности — от детальной компьютерной модели до минимальной модели, выражающейся ОДУ второго порядка.

Список основных печатных работ соискателя по теме диссертации:

1. Ладоша ЕЛ.. Яценко О.В. Кинетическая модель открытой гетерофазной среды в технологических системах// Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. №2. С. 89-90.

2. Деундяк Д.В., Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Термохимический метод оценки экологичное™ автотранспортных двигателей // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. № 2. С. 91-92.

3. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Моделирование кинетики горения заряда в поршневом двигателе с учетом процессов переноса // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Ес-тестн. науки.2000. №2. С. 44-46.

4. Жигулин ИЛ., Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Теоретическое исследование сгорания в поршневом двигателе // Вестник РГУПС. 2000. № 2. С. 46-50.

5. Жигулин ПЛ., Ладоша ЕЛ., Яценко 0£. Динамическая модель рабочего процесса в двигателе внутреннего сгорании // Вестник РГУПС. 2000. № 3. С. 72-76.

6. Жигулин ИЛ., Кравченко ВМ, Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Имитационное моделирование типовых техногенных воздействий на воздушную Среду в лабораторном практикуме втуза // Вестник РГУПС. 2001. № 2. С. 60-66.

7. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Теоретико-методические основы математического моделирования инженерных проблем // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2001. № 1. С. 103-104.

8. Астеа цату рок А.Е., Булыгия ЮЛ., Жигулин ИЛ., Ладоша ЕЛ., Сакаев Э.К., Яценко О.В. Компьютерная модель термогазодинамики и химических превращений в поршневом двигателе // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2001. № 1.С. 75-82.

9. Жигулин ПЛ., Ладоша E.H., Яценко О.В. Эффективная инженерная методика расчета химического состава дымовых и выхлопных газов // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2001. № 2. С. 39-41.

10. Загороднюк В.Т., Ладоша ЕЛ., Яценко ОМ. Компьютерные средс1ва обучения безопасности жизнедеятельности: Учеб. пособие. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ. 2001. 160 с.

11. Ладоша ЕЛ. Компьютерная модель для исследований экономичности и экологич-ности многотопливных ДВС " Инженер (студенческий научно-технический журнал: ДонНТУ. Донецк, Украина). 2001. № 2. С. 52-54.

12. Жигулин ПЛ., Ладоша E.H.. Яценко О.В. Тепломассообмен в энергетических и

транспортных системах компьютерные методы исследования и обучения: Монография. В 2-х т. Ростов н/Д: Изд-во РГУПС, 2002. 432 с.

13. Булыгин Ю.И., Жигулин ИЛ.. Ладоша ЕЛ.. Яценко О.В. Расчет энергоэкологических параметров ДВС «ENGINE» / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ №2002610605. М.: РОСПАТЕНТ, 2002.

14. Ладоша ЕЛ. Вычислительный эксперимент в университетском курсе «Безопасность жизнедеятельности» // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2003. №3. С. 116-117.

15. Ладоша ЕЛ. Шаблон комплекса компьютерных лабораторных работ исследовательского характера по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2003612452. М.: РОСПАТЕНТ, 2003.

16. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Имитатор процессов в озоносфере, возмущенной реактивными струями ракет: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612301. М-: РОСПАТЕНТ, 2004

17. Ладоша ЕЛ., Яценко ОМ. Имитатор воздействий земной атмосферы на аэрокосмические системы: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612302. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

18. Ладоша ЕЛ., Яценко О-В. Имитатор мощных взрывов и радиационных волн в воздухе: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612303. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

19. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Имитатор рассеивания и дезактивации токсичных веществ в приземном слое воздуха: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612323. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

20. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Имитатор процессов в экономичном СОг лазере с оптической накачкой: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612324. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

21. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Имитатор теплофизических процессов при контактной магнитно-импульсной сварке: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности I Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ №2004612325. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

22. Бацемакин MJO., Ладоша ЕЛ., Соболь Б.В., Стрижаков Е.Л., Яценко О.В. Ком-

пьютерное моделирование контактной магнитно-импульсной сварки. Ч. 1: Динамика, тепло- и электрофизика процесса // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. № 2. С. 14-18.

23. Ладоша ЕЛ. Компьютерные модели в вузовском курсе «Безопасность жизнедеятельности»: Ключевые идеи и технологические особенности // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Есгеств. науки. 2004. № 2. С. 100-102.

24. Яценко О.В., Ладоша ЕЛ. Моделирование физико-химических взаимодействий аэрокосмических систем с земной атмосферой. 4.1: Свечения у поверхности орбитальных средств // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Есгеств. науки. 2004. № 3. С. 64-68.

25. Яценко О.В., Ладоша ЕЛ. Моделирование физико-химических взаимодействий аэрокосмических систем с земной атмосферой. 42: Вклад неравновесных реакций и излучения в нагрев спускаемых аппаратов // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2004. № 4. С. 45-48.

26. "Ладоша ЕЛ, Яценко О.В. Проблемы использования многопроцессорных вычислительных систем для поточного решения задач прикладной физико-химической кинетики Н Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2005. № 1. С. 17-19.

27. Ладоша ЕЛ., Холодова СЛ., Яценко О.В. Космическая экология: детальные модели физико-химических процессов, вызывающих нагрев и разрушение спускаемых аппаратов в атмосфере Земли // Инженерная экология 2005. № 1. С. 49-59.

28. Ладоша ЕЛ., Холодова СЛ., Яценко О.В. Эколого-информационные технологии: компьютерное моделирование токсических характеристик поршневых двигателей внутреннего сгорания (кинетический подход) // Инженерная экология 2005. № 4. С. 40-51.

29. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Моделирование физико-химических взаимодействий аэрокоемнчееккх систем с земной атмосферой: Часть 3.: Теплонапряженность (траектории) спуска // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 1. С 41-44.

30. Ладоша ЕЛ., Яценко О.В. Моделирование физико-химических взаимодействий аэрокосмических систем с земной атмосферой: Часть 4. Оценка воздействия ракетной техники на стратосферный озон асимптотическими методами /У Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 2. С. 59-64.

31. Ладоша ЕЛ.. Яценко О.В. Моделирование физико-химических взаимодействий аэрокосмических систем с земной атмосферой: Часть 5: Уточненная кинетика озоносферных возмущений, вызванных запусками ракет ,7 Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 3. С. 42-49.

32. Яцепко О.В., Ладоши ЕЛ. Теоретическая оценка влияния реактивных выбросов ракет-носителей на стратосферный озон // Безопасность жизнедеятельности. 2005. №8. С. 31-35.

33. Яценко О.В., Ладоша ЕЛ. Космическая экология: Теоретические оценки и компьютерная имитация антропогенного воздействия на стратосферный озон, связанного с космическими полетами при помощи жидкотопливных ракет-носителей // Инженерная экология 2005. № 6. С. 27-46.

34. Яценко О.В., Ладоша ЕЛ. Генератор подробных компьютерных моделей динамики реагирующего газа: новое программное обеспечение системных исследований в технике и экологии // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Еегеств. науки. 2006. № 1. С. 50-59.

35. Яценко О.В., Ладоша E.H., Холодова СЛ., Гирш Д.С. Комплексная оценка токсичности транспортных двигателей внутреннего сгорания: система детальных моделей и результаты вычислительного эксперимента // Изв. вузов. Машиностроение. 2006. №3. С. 36-46.

Личный вклад соискателя в работы, выполненные в соавторстве, сводится к: 1) непосредственному участию в формулировке (постановке) задачи — [1,7,10,12,34]; 2) разработке математической модели - [2,12,28,31-34]; 3) выбору (разработке) реализующего модель алгоритм- [6,10,12,16-21,26,28,31-33,35]; 4) реализации кода программы на языке высокого уровня - [3-6,8,9,12,13,16-22,24,25,27,32]; 5) асимптотическому анализу моделей - [30-33] - (в боксовой постановке), [35].

Редактор А.А. Литвинова

ЛР №04779 от 18.05.01. В набор 2 ОЯ.фе, печать 34- О £. 0€ Объем^'/усл.п.л.,/,3\ч.-изд.л. Офсет. Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Заказ № ПГираж iQO

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г.Ростов-на-Дону, пл.ГагаринаД.

Глава 1. ХИМИЧЕСКИ И ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ГАЗЫ В ЗАДАЧАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИИ: БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ И ОСОБЕННОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

1.1. Базовая модель газовой среды с реакциями и излучением

1.2. Средства автоматизации компьютерных вычислений: прототип и усовершенствования.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗАПУСКОВ ЖИДКО-ТОПЛИВНЫХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ НА СТРАТОСФЕРНЫЙ ОЗОН И ПРИЗЕМНЫЙ УРОВЕНЬ УФ-РАДИАЦИИ.

2.1. Модель стратосферных фотохимических процессов: описание базового варианта и выполненных уточнений.

2.2. Состав и динамика невозмущенной озоносферы.

2.3. Уточнение модели стратосферной турбулентности.

2.4. Модель эволюции ракетного следа в стратосфере.

2.5. Начальные условия: параметризация ракетных выбросов.

2.6. Асимптотический анализ минимальных моделей.

2.7. Результаты детальной компьютерной имитации влияния запуска РН «Протон» на динамику озоносферы и их трактовка.

Выводы по главе 2.

Актуальность темы. Проблемы технической экологии приняли гло-® бальный характер и определяют магистральные направления современных прикладных исследований [24,59,62,87,89,91-94]. Связано это с тем, что плотность деятельности и поток вовлекаемых в нее природных ресурсов достигли критических значений, и дальнейшее развитие человечества при сохранении достигнутых социально-экономических показателей и тенденций, касающихся устройства экономики, жизненного уклада и, особенно, стандартов потребления представляет серьезную угрозу для биосферы в ее нынешнем виде. Возрастает уровень техногенных рисков, ассоциируемых с быстрыми скачкообразными переходами системы «человек - биосфера» в метастабильные состояния с непригодными для жизни параметрами [62,87]. Поэтому оценка влияния и прогнозирование последствий различных видов хозяйственной деятельности на биосферу и на человека приобретают большое значение.

Важный класс проблем технической экологии составляют вопросы # защиты атмосферы - открытой многокомпонентной распределенной динамической системы [6,9,13,17,52,59,97-98,127,136,138]. Ведущими возмущающими факторами здесь выступают химические и параметрические возмущения искусственного происхождения. Эффективное решение задач охраны воздушного бассейна и выработка стратегий устойчивого развития экономики не возможны без опоры на вычислительный эксперимент (ВЭ) [29,89,91 -94,98,100-101,103,107,121,130]. Исследование информационных ® моделей возмущенной атмосферы при помощи ЭВМ позволяет удовлетворить большинство практических запросов в условиях, когда теория сильно нелинейных динамических систем химической природы находится в стадии становления. Существенно, что практика нуждается в подобных моделях все более высокого разрешения. 4 В связи с развитием вычислительной техники и средств измерений в физико-химической кинетике «ручное» программирование комплексных задач экологии воздушного бассейна оказалось главным ограничителем возможностей ВЭ успешно решать задачи данного класса. Поэтому уже более десяти лет ведущие исследовательские центры как отечественные, так и зарубежные сосредоточили усилия на пути создания генераторов проблемных компьютерных моделей высокого разрешения [20,32,3536,38,42,51,84-85,95,99,108-110,121,130,132-133,149,152,163,166,168-169, ^ 171]. Новейшие достижения физико-химической кинетики и современные информационные технологии позволяют существенно повысить эффективность ВЭ в технической экологии (проблемы загрязнения и параметрического возмущения атмосферы) - за счет создания нового поколения генераторов компьютерных моделей химически и оптически активных газов [95,110,130].

Таким образом, решаемая в диссертационной работе проблема автоматизации ВЭ в задачах охраны воздушного бассейна и сопряженных задачах технической экологии представляется весьма актуальной.

Цель и задачи исследования. Диссертационное исследование на-% правлено на создание адекватных информационных моделей реальных газовых сред в проблемах технической экологии и эффективных программных средств генерации и численного анализа таких моделей.

Достижение обозначенных целей осуществлялось последовательным * решением следующих задач: 1) формализации процедуры ВЭ в научных исследованиях неравновесных нестационарных физико-химических процессов, определяющих динамику искусственно возмущенного воздуха, 2) выбора базовой математической модели и разработки генератора конечных компьютерных моделей как средства автоматизации ВЭ в задачах рассматриваемого класса, а также 3) апробации предложенных теоретических ^ и инструментальных результатов путем решения ряда актуальных задач технической экологии, содержание которых составляют антропогенные воздействия на атмосферу и оптимизация технологических процессов в газовой фазе.

Идейную канву работы составляет эвристическое соображение, ка-^ сающееся способа поднять на качественно новый уровень и одновременно облегчить системные инженерно-экологические исследования. Этот способ заключается в 1) создании генератора химических модулей для детальных моделей технической экологии, 2) автоматизации таким образом проблемного ВЭ - в части синтеза и анализа компьютерных моделей и, как следствие, 3) освобождении исследователей от рутинного программирования, направлении их творческих усилий на создание и анализ соответствующих маломерных моделей.

Методы исследования сочетают выработанные в нелинейной динамике подходы к синтезу и анализу динамических систем, математический формализм физико-химической кинетики, технику дискретизации дифференциальных уравнений и способы их численного интегрирования, статистические алгоритмы идентификации моделей, способы и приемы асимптотического анализа динамики связных объектов, технологии объектно-ориентированного и визуального проектирования программных комплексов, упорядоченный мировой опыт в создании генераторов компьютерных моделей сходного назначения.

Научная новизна. Разработана эффективная методика решения задач защиты воздушного бассейна от техногенных воздействий посредством вычислительного эксперимента с подробными математическими моделями возмущенного газа. Создан генератор фотохимических блоков для проблемных моделей типа «реакция - конвекция», «реакция - диффузия», включающий встраиваемые в компьютерные реализации вариантов алгоритмы трассировки системной динамики (анализа устойчивости и выделения минимальных моделей). Защищаемые средства автоматизации позволяют качественно усовершенствовать модель фотохимических процессов в стратосфере, возмущенной реактивными выбросами ракетной техники. Вкупе с оригинальной иерархией моделей механической эволюции ракетного следа в озоносфере и существенно уточненными начальными параметрами ракетных возмущений защищаемый инструментарий проблемного ВЭ послужил основой для критического пересмотра действующих оценок влияния запусков аэрокосмической техники на стратосферную динамику. Предлагаемая технология ВЭ подтвердила заявленную эффективность применительно к моделированию квантовых процессов в активных газовых средах (ССЬ-лазер), а также при дополнительном осреднении реакционных слагаемых - с целью учесть интегрально сложные эффекты «подсеточного уровня» (горение в поршневом ДВС). Существенно, что во всех рассмотренных моделях технической экологии (атмосферы) защищаемый подход обеспечил уверенное выделение минимальных моделей (маломерных многообразий), отвечающих ведущим процессам в нелинейных распределенных динамических системах химической природы.

Достоверность выносимых на защиту результатов обеспечивается: построением при решении каждой конкретной задачи надлежащей иерархии моделей, всесторонним тестированием оригинального инструментального ПО, использованием хорошо апробированных процедур численного анализа, сопоставлением результатов ВЭ (не только итоговых, но, по возможности, всех промежуточных) с имеющимися эмпирическими и теоретическими данными.

Практическая ценность. Защищаемая технология синтеза и анализа компьютерных моделей возмущенного воздуха позволяет успешно решать многие актуальные задачи технической экологи. В частности, она служит • методической основой исследований по проекту РФФИ № 05-08-33433-а, нацеленному на уточнение (при необходимости - пересмотр) оценок влияния запусков ракетной техники на стратосферный озон. Соответствующие результаты внедряются в учебный процесс специальности 230401 «Прикладная математика» Донского государственного технического университета.

Апробация работы осуществлялась путем докладов и представлений всех защищаемых идей, теоретических положений, научных и практических результатов на следующих конференциях (семинарах, симпозиумах): 1) «Математическое моделирование в проблемах рационального ф природопользования: XXVII Школа-семинар» - Ростов н/Д, 1999 г.; 2)

Экономика и политика в области природоустройства: V международная научно-практическая студенческая конференция» - Ростов н/Д, 1999 г.; 3) «Проблемы развития атомной энергетики на Дону: Научно-практическая конференция» - Ростов н/Д, 2000 г.; 5) «Новые технологии ^ управления движением технических объектов: 3-я международная научнотехническая конференция» - Новочеркасск, 2000 г.; 6) «Математическое моделирование и краевые задачи: X-XIII межвузовские конференции, Н-я Всероссийская научная конференция» - Самара, 2000-2005 гг.; 7) «Автоматизация, технология и качество в машиностроении: международная студенческая научно-техническая конференция» - Донецк (Украина), 2001 г.; 8) «Эффективные материалы, технологии и оборудование для сварки, плазмы, нанесения покрытий, металлообработки и порошковой металлур-® гии: Информационные технологии и интеграции науки, образования и производства: • Научно-техническая конференция и научно-практический семинар в Южно-Российском Экспоцентре» - Ростов н/Д, 2004 г.; 9) «Молодежь XXI века - будущее Российской науки: II международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых» - Ростов н/Д, 2004 г.; 10) «Современные технологии обучения: X международная конференция» - Санкт-Петербург, 2004 г, 11) «Прогрессивные технологические процессы в металлургии и машиностроении: Экология и жизнеобеспечение. Информационные технологии в промышленности и образовании: Научно-техническая конференция: ВЦ ВертолЭкспо» - Ростов н/Д, 2005 г.; 12) «Безопасность. Технологии. Управление: 1-ая Международная конференция» - Тольятти, 2005 г.; 13) «Математические методы в современных и классических моделях экономики и естествознания: Научно-техническая конференция: РГЭУ (РИНХ)» - Ростов-н/Д, 2005 г.; 14) «Ме-f ждународный научный симпозиум, посвященный 140-летию МГТУ «МА

МИ»: МАМИ». - Москва, 2005 г.; 15) научных семинарах и конференциях ДГТУ (кафедры «БЖД и ЗОС», «Информатика» и «Математика») - 2000 -2005 гг.

Публикации. Защищаемые в диссертационной работе результаты опубликованы в 35 научных работах, в т.ч. в одной монографии (в соавторстве), учебном пособии (в соавторстве), 25 статьях в реферируемых пе-^ риодических печатных изданиях (21 - в соавторстве), 8 свидетельствах об официальной регистрации компьютерных программ РОСПАТЕНТом (7 - в соавторстве), а также в материалах перечисленных выше конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключительной части, списка использованных первоисточников и опубликованных соискателем работ. Общий объем рукописи составляет 155 с. в т.ч. 20 табл., 22 рис. и 177 библиографических ссылок.

Выводы по главе 3

Предложена математическая модель радиационно-кинетических процессов в рабочей среде СОг-лазера с оптической накачкой, на основе экспериментов с которой установлено: 1) модель-прототип верно воспроизводила процессы в таком лазере, т.е. являлась достаточной; 2) несколько уточнены достижимая величина инверсии и ее зависимость от состава и температуры рабочего газа; 3) сконструирована минимальная модель, корректно описывающая как предельное (стационарное) состояние рабочей среды, так и его зависимость от управляющих параметров - давления, температуры и состава.

Предложена система моделей, которые позволяют с достаточной точностью рассчитывать содержание оксида азота в отработавших газах низко- и среднеоборотных поршневых двигателей. В процессе теоретического обоснования этой модели изучены возможности приближенного решения задачи о параметрах автосолитона (волны) горения, разработан и успешно апробирован соответствующий алгоритм. Известная модель Я.Б. Зельдовича модифицирована с целью учесть гибель окислов азота в камере сгорания: доказана необходимость такого усовершенствования для корректного воспроизводства токсичности двигателя на режиме холостого хода. Разработан эффективный алгоритм для идентификации этой брутто-модели по экспериментальным данным. В результате расширен спектр и повышена надежность расчета токсичных компонентов в отработавших газах двигателей.

133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проанализирована современная научная литература по проблемам защиты воздушного бассейна от антропогенных воздействий. Результатом монографического анализа служит признание того факта, что последствия подобных воздействий, как правило, негативно влияют на состояние окружающей природной среды и плохо прогнозируются. Математическое моделирование этих проблем требует конкретизации постановки «агенты - механизм - динамика»: без такой формализации рассчитывать соответствующие количественные показатели - масштаб, уровень, эволюционный режим и соответственно степень обратимости воздействия на данном этапе развития науки не возможно. Другим важным результатом изучения современного состояния проблемных исследований служит выявление «узких мест» в предметном вычислительном эксперименте - отсутствии эффективных информационных (конкретно - программных) средств синтеза и анализа численных моделей химически и оптически активных газов.

Предложена и успешно апробирована математическая модель течения реалистичного газа для целей технической экологии. Модель составлена из пространственно одномерных уравнений Эйлера, модифицированные путем включения диффузии, вязкости и теплопроводности - элементов модели Навъе - Стокса, а также источников, стоков и трансформаций, детально воспроизводящих физико-химические взаимодействия между частицами и квантами.

С целью автоматизировать вычислительный эксперимент в технической экологии создан оригинальный генератор-анализатор кинетических блоков предложенной базовой модели. В отличие от прототипов и аналогов разработка обеспечивает одновременно: 1) встраивание в численную модель существенных физико-химических инвариантов, 2) генерацию моделей распределенных гиперболических и параболических течений с (фото)-реакциями, 3) интегрируемость динамических уравнений в условиях сингулярных источников, 4) исследования устойчивости и 5) многокритериальное двухуровневое выделение ведущих химических процессов.

Защищаемые математическая модель, технология и средства автоматизации предметного вычислительного эксперимента успешно применены для решения актуальной научной проблемы - исследования физико-химических процессов в озоновом слое стратосферы при возмущении жидкотопливными ракетами-носителями. Здесь получен ряд новых научных результатов: 1) динамическая модель озоносферных процессов высокого разрешения, которая позволяет выявлять тонкие ранее не известные свойства невозмущенной стратосферы (высотные профили ряда компонентов и их суточную динамику, ведущие реакции, химические циклы и др.); 2) эффективные константы фотореакций, позволяющие «расщеплять» модель на блоки; 3) высотный профиль коэффициента турбулентной диссипации солнечной энергии в озоносфере; 4) асимптотика эволюции ракетного следа в свободной стратосфере и основанная на ней эффективная техника численного интегрирования уравнений «кинетика - диффузия»; 5) способ факторизации количественных и качественных показателей ракетных загрязнений; 6) ведущие агенты и механизмы возмущения стратосферного озона (жидкотопливными ракетами), а также неравновесно высокое содержание N0 в реактивной струе как главный фактор предыдущих недооценок сопутствующих экологических ущербов и рисков; 7) маломерные модели возмущения озоносферной динамики при запусках жидкотоп-ливных ракет для инженерных расчетов экологических ущербов и рисков.

Рассмотрение с тех же позиций квантовых процессов в рабочей среде С02-лазера с оптической накачкой подтвердило высокую эффективность разработанного подхода при создании моделей сред, разрешающих внутреннюю структуру составляющих газ атомов и молекул. В частности, успешно найден ответ на интересующий разработчиков лазерных систем вопрос о целесообразности создания устройств подобного типа.

Практическая апробация защищаемого подхода в части заявленной выше преодолимости временной сингулярности осуществлена на модели внутрицилиндрового процесса поршневого двигателя. Отягощающим фактором в данном случае выступает двухмасштабная неоднородность топ-ливно-воздушного заряда, адекватное описание которой требует надлежащего двукратного осреднения или же привлечения статистических методов. Несмотря на то, что эволюционная динамика газов в цилиндре заметно сложнее, чем динамика возмущенных ракетой стратосферных газов, данная задача также успешно решена на основе той же модели и при помощи тех же средств автоматизации. Наряду с энергетическими и экономическими показателями, удалось с достаточной правдоподобностью обеспечить воспроизводство в вычислительном эксперименте главных токсичных компонентов современных низко- и среднеоборотных поршневых двигателей.

Принципиально, что автоматизация рутинного программирования автоморфных алгоритмов позволило сосредоточиться на асимптотическом исследовании маломерных моделей, которые детально изучены для каждой из рассмотренных в диссертации задач технической экологии.

Результаты исследований для широкого внедрения:

Идея этой реализации результатов диссертационных исследований состоит в предоставлении обучаемым не реальных сложных, а их компьютерных моделей, разработанных автором и представленных выше. Перед обучаемыми ставится цель: исследовать асимптотическими методами достаточно подробные компьютерные модели реальных процессов (явлений) в технике и экологии. Для этого некоторые оригинальные научные результаты, полученные соискателем, а также другие интересные для учебных целей модели оформлены в виде программ для учебного вычислительного эксперимента в технической экологии.

К защите представлены следующие результаты:

1. Модель течения химически и оптически активного газа, детальность которой отвечает современным требованиям к разрешающей способности вычислительного эксперимента, а степень формализации проблемы позволяет автоматизировать реализацию конкретных вариантов.

2. Генератор-анализатор компьютерных моделей (фото-) химических и квантовых процессов в многокомпонентном газе, который обеспечивает детальность описания, востребованную в технических и экологических приложениях.

3. Иерархия моделей ракетных возмущений озоносферы, объединяющая модели различной подробности - от детальной компьютерной модели до минимальной модели, выражающейся ОДУ второго порядка.

137

1. Ален ЛДжонс Д. Основы физики газовых лазеров. М.: Наука, 1970. 208 с.

2. Алешков М.Н., Жуков И.И. Физические основы ракетного оружия. М.: Воениздат, 1965. 464 с.

3. Амелъкин В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях. М.: Наука, 1987. 160 с.

4. Андрианов И.В., Баранцев Р.Г., Маневич ЛИ. Асимптотическая математика и синергетика. М.: Едиториал УРСС, 2004. 304 с.

5. Андронов А.А., Леонтович Е.А., Гордон И.И., Майер А.Г. Качественная теория динамических систем второго порядка. М.: Наука, 1966. 568 с.

6. Аникеев В.А., Копп ИЗ., Скалкин Ф.В. Технологические аспекты охраны окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 255 с.

7. Арнольд В.И. Дополнительные главы теории обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1978.304 с.

8. Арнольд В.И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.: Наука, 1971.240 с.

9. Атмосфера: Справочник / Под ред. Ю.С. Седунова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 482 с.

10. Аэродинамика ракет / Под ред. М. Хемша иДж. Нелсена. М., Мир. 1989. Т. 1-426 с. Т. 2-512 с.

11. Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. Л: Ленгосхимиздат, 1963. 640 с.

12. Беднарский В.В. Экологическая безопасность при эксплуатации и ремонте автомобилей. Ростов н/Д: Феникс, 2003. 384 с.

13. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 448 с.

14. Бохан П.А. Об оптической накачке молекулярного лазера излучением черного тела // Оптика и спектроскопия. 1969. Т. 26. № 5. С. 773-779.

15. Бохан П.А. Экспериментальное осуществление оптической накачки молекулярного лазера на С02 // Оптика и спектроскопия. 1972. Т. 32. №4. с. 826-827.

16. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидро-метеоиздат, 1987,413 с.

17. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль. Л.: Химия, 1989. 288 с.

18. Булыгин Ю.И., Жигулин КН., JIadouia Е.Н., Яценко О.В. Расчет энерго-экологических параметров ДВС «ENGINE» / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2002610605. М.: РОСПАТЕНТ, 2002.

19. Бурдаков В.П., Еланский Н.Ф., Филин В.М. Влияние запусков ракет «Шаттл» и «Энергия» на озонный слой Земли // Вестник АН СССР. 1990. №12. С. 72-81.

20. Варакин В.П. и др. Научно-исследовательская информационная система автоматизированного обеспечения физико-химической газодинамики. Описание проекта. МГУ, 1985. Деп. в ВИНИТИ №2510-85.

21. Виеру Н.Н. Математическое моделирование распространения загрязняющих веществ от автотранспорта в условиях городской застройки / Дисс. канд. физ.-мат. наук. Ростов н/Д, 1994. 125 с.

22. Владимирский Б.М., Горстко А.Б, Ерусалимский Я.М. Математика. Общий курс. СПб.: Изд-во «Лань», 2002. 960 с.

23. Волосевич П.П., Леванов Е. И. Автомодельные решения задач газовой динамики и теплопереноса. М.: Изд-во МФТИ, 1997. 240 с.

24. Гальперин М.В. Экологические основы природопользования: Учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2002. 256 с.

25. Герасимов Г.Я. и др. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания и конверсия органических топлив // Мат. моделирование. 1998. Т. 10, № 8. С. 3-16.

26. Глушаков С.В., Жакин И.А., Хачиров Т.С. Математическое моделирование: учебный курс. М.: ООО «Изд-во ACT», 2001. 524 с.

27. Говорухин В., Цибулин В. Компьютер в математическом исследовании. Учебный курс. СПб.: Питер, 2001. 624 с.

28. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1990. 135 с.

29. Гольдин В.Я. О математическом моделировании сплошной среды с неравновесным переносом. В кн.: Современные проблемы математической физики и вычислительной математики. М.: Наука, 1982. С. 113-127.

30. Горбунов В.В. Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во РУДН, 1998. 214 с.

31. Горюнов И. Атласный тендер: На американские ракеты ставят российские двигатели // Поиск. 2004. № 38 (800) С. 10.

32. Губанов Е.В. и др. Автоматизированные системы расчета химических и оптических свойств плазмы в задачах высокотемпературной газовой динамики / Препринт ИВТАН № 1-344. М., 1992. 32 с.

33. Губанов Е.В., Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. Фотохимическая модель стратосферы, загрязненной выбросами ракет-носителей на жидком топливе / Препринт МФТИ № 1. М., 1993. 40 с.

34. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике: В 2-х частях. М.: Мир, 1990.

35. Гурвич JI.B. ИВТАНТЕРМО автоматизированная система данных о термодинамических свойствах веществ // Вестник АН СССР. 1983. №3. с. 54-65.

36. Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. КИНКАТ автоматизированная система разработки сложных радиационно-кинетических моделей / Межвед. сб.: Мат. моделирование процессов управления и обработки информации. М.: МФТИ, 1993. С. 113-123.

37. Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. Математическая модель и численная оптимизация рабочих параметров СОг-лазера с оптической накачкой // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. науки. 1995. №. 3. С. 4856.

38. Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. Методика разработки сложных радиационно-кинетических моделей: основные принципы и техническая реализация // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. науки. 1994. №4. С. 75-79.

39. Демидов И.Г., Гинзбург Э.И. Исследование вариаций озона и температуры средней атмосферы при антропогенных возмущениях. // Изв. АН СССР. Серия ФАО. 1989. Т. 25. № 6. С. 563-572.

40. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: ВЩ, 1988.391 с.

41. Дорошенко В.М., Кудрявцев Н.Н., Яценко О.В. Моделирование оптических свойств воздуха в неравновесных условиях // Мат. моделирование 1992. Т. 4, № 5. С. 3-16.

42. Емельянов В.Н., Пустовалов А.В. Среда разработки программных средств применительно к задачам численного моделирования газодинамических течений // Мат. моделирование. 2003. Т. 15, № 6. С. 59-64.

43. Жигулин И.Н., Кравченко В.М., Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитационное моделирование типовых техногенных воздействий на воздушную среду в лабораторном практикуме втуза // Вестник РГУПС. 2001. №2. С. 60-66.

44. Жигулин КН., JJadouia Е.Н., Яценко О.В. Компьютерные расчеты рассеивания в атмосфере дымовых газов от стационарных энергетических объектов: метод, указания к лаб. работе. Ростов н/Д: Изд-во РГУПС, 2001. 16 с.

45. Жигулин И.Н., Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Тепломассообмен в энергетических и транспортных системах: компьютерные методы исследования и обучения. В 2-х т. Ростов н/Д: Изд-во РГУПС, 2002. 436 с.

46. Загороднюк В.Т., Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Компьютерные средства обучения безопасности жизнедеятельности: Учеб. пособие. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. 160 с.

47. Захаров А.Ю. Турчанинов В.И. STIFF программа для решения жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений / Препринт ИПМат АН СССР. М., 1977. 44 с.

48. Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, 1990. 560 с.

49. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. 686 с.

50. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. M.-J1: Изд-во АН СССР, 1947. 146 с.

51. Карягин Д.А., Мартышок В.В. Развитие проблематики системного обеспечения пакетов прикладных программ / В кн.: Пакеты прикладных программ: проблемы и перспективы. М.: Наука, 1982. С. 143-169.

52. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. JI.: Гидрометеоиздат, 1990. 464 с.

53. Кернер Б.С., Осипов В.В. Автосолитоны: Локализованные сильнонеравновесные области в однородных диссипативных системах. М.: Наука, 1991.200 с.

54. Колесниченко А.В., Маров М.Я. Турбулентность многокомпонентных сред М.: Наука, 1999. 336 с.

55. Колтун М.М. Селективные оптические поверхности преобразователей солнечной энергии. М., 1979.

56. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: ВШ, 2002.

57. КоулДж. Методы возмущений в прикладной математике. М.: Мир, 1972. 274 с.

58. Крапивин В. Ф., Свирежев Ю.М., Тарко A.M. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов. М.: Наука, 1982. 272 с.

59. Кривоносова О.Е. и др. Рекомендуемые данные о константах скорости химических реакций между молекулами, состоящими из N и О. В кн.: Химия плазмы / Под ред Б.М. Смирнова. Вып. 14. М.: Энер-гоатомиздат, 1987. С. 3.

60. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей. М.: Академический проект, 2004.

61. Курдюмов СЛ., Князева Е.Н. Особенности неравновесных процессов в открытых диссипативных средах. В кн.: Проблемы геофизики XXI века. Ч. 1 / Под ред. А.В. Николаева. М.: Наука, 2003. С.37-65.

62. Ладоша Е.Н. Вычислительный эксперимент в университетском курсе «Безопасность жизнедеятельности» // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. науки. 2003. № 3. С. 116-117.

63. Ладоша Е.Н. Компьютерные модели в вузовском курсе «Безопасность жизнедеятельности»: Ключевые идеи и технологические особенности // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. науки. 2004. № З.С. 100-102.

64. Ладоша Е.Н. Принципы, методы и средства математического моделирования природно-технических систем / Материалы пятой меж-дунар. научно-практ. студ. конф. «Экономика и политика в области природоустройства». Ростов н/Д, 1999. С. 92-93.

65. Ладоша Е.Н. Уточненная информационно-математическая модель горения в поршневом двигателе и расчет его энерго-экологических характеристик / Матер, междунар. науч. симпозиума, поев. 140-летию МГТУ «МАМИ». М., 2005. С. 32.

66. Ладоша Е.Н. Шаблон комплекса компьютерных лабораторных работ исследовательского характера по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2003612452. М.: РОСПАТЕНТ, 2003.

67. Ладоша Е.Н., Холодова С.Н., Яценко О.В. Детальное моделирование процесса горения в поршневом двигателе как элемент управления экономичностью и токсичностью / Матер, науч. конф. РГЭУ (РИНХ). Ростов н/Д, 2005 С. 22-25.

68. Ладоша Е.Н., Холодова С.Н., Яценко О.В. Космическая экология: детальные модели физико-химических процессов, вызывающих нагрев и разрушение спускаемых аппаратов в атмосфере Земли // Инженерная экология. 2005. №.1. С. 49-59.

69. Ладоша Е.Н., Холодова С.Н., Яценко О.В. Эколого-информационные технологии: компьютерное моделирование токсических характеристик поршневых двигателей внутреннего сгорания (кинетический подход) // Инженерная экология. 2005. №.4. С. 40-51.

70. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитатор воздействий земной атмосферы на аэрокосмические системы: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612302. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

71. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитатор мощных взрывов и радиационных волн в воздухе: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612303. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

72. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитатор процессов в озоносфере, возмущенной реактивными струями ракет: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612301. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

73. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитатор процессов в экономичном С02-лазере с оптической накачкой: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612324. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

74. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Имитатор теплофизических процессов при контактной магнитно-импульсной сварке: компьютерная лабораторная работа по безопасности жизнедеятельности / Свид. об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2004612325. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

75. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Кинетическая модель открытой гетеро-фазной среды в технологических системах // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Тех. науки. 2000. № 2. С. 89-90.

76. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Компьютерное моделирование кинетики рабочей среды СОг-лазера с накачкой тепловым излучением / Труды Всероссийской научной конференции. Самара: СамГТУ, 2004. Ч. 2. С. 139-142.

77. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. О возможности упрощенного описания материально- и энергетически открытых плазменных сред: элементарная математическая модель. Ростов н/Д, 1999. Деп. В ВИНИТИ № 3652-В99.31 с.

78. Ладоша Е.Н., Яценко О.В. Теоретико-методические основы математического моделирования инженерных проблем // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2001. №1. С. 103-104.

79. Левицкий А.А., Лосев С.А., Макаров В.Н. Задачи химической кинетики в автоматизированной системе научных исследований АВОГАДРО / Математические методы в химической кинетике. Новосибирск: Наука, 1990. С. 7-38.

80. Лосев С.А. и др. Данные и модели в научной информационной системе / Матер. XIV Междунар. конф. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС-2005). М.: Вузовская книга. 2005. С. 285-286.

81. Мак-Ивен М., Филипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978.376 с.

82. Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М.: Эдиториал УРСС, 2000.336 с.

83. Марков B.A., Баширов P.M., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ, 2002.

84. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 319 с.

85. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. М.: Наука, 1979. 224 с.

86. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.488 с.

87. Моисеев Н.Н. Экология человечества глазами математика. М.: Мол. гвардия, 1988. 254 с.

88. Моисеев Н.Н., Александров В.В., Тарко A.M. Человек и биосфера. Опыт системного анализа и эксперименты с моделями. М.: Наука, 1985. 272 с.

89. Мотулевич В.П. Тепло- и массообмен при химических превращениях (обзор) // Вестник МЭИ. 1999. № 1. С. 18-25.

90. Озолин Ю.Э. Турбулентная диффузия от линейного источника в поле ветра, меняющегося с высотой / Тр. ГГО. 1982. Вып. 459. С.131-137.

91. Перов СЛ., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 288 с.

92. Пирумов У.Г. Математическое моделирование в проблемах охраны воздушного бассейна. М.: Изд-во МАИ, 2001. 235 с.

93. Самарский А.А. Математическое моделирование интеллектуальное ядро информатики. В кн.: Современные проблемы прикладной математики и математической физики. М.: Наука, 1988. С. 113-127.

94. Самарский А.А. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент // Вестник АН СССР. 1979. № 5. С.38-49.

95. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Эдиториал УРСС, 2003. 784 с.

96. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Физматлит, 2001. 320 с.

97. Самарский А.А., Попов ЮЛ. Разностные методы решения задач газовой динамики. М.: Наука, 1980. 352 с.

98. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Д.: Недра, 1988.312 с.

99. Справочник по геофизике. М.: Наука, 1965. 572 с.

100. Супрун А.Н., Найденко В.В. Вычислительная математика для инженеров-экологов: Методическое пособие. М.: Изд-во АСВ, 1996. 391 с.

101. Суржиков С.Т. Автоматизированная система исследования радиационных и динамических процессов в низкотемпературной плазме / Препринт ИПМех. № 313. М., 1988. 28 с.

102. Суржиков С.Т. Вычислительный эксперимент и построение радиационных моделей механики излучающего газа. М.: Наука, 1990. 197 с.

103. Суржиков С.Т. Радиационный и сложный теплообмен (обзор) // Вестник МЭИ. 1999. № 1. С. 8-17.

104. Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов задач математической физики / Под ред. К.И. Бабенко. М.: Наука, 1979. 296 с.

105. Тихонов А.Н. Система дифференциальных уравнений, содержащих малые параметры при производных / Мат. сборник. 1952. Т. 31 (73), № 3. С. 575.

106. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1966.

107. Тишин А.П., Александров Э.Л., Родионов А.В. и др. Воздействие полетов ракет на озоновый слой Земли // Хим. Физика, 1993. т. 12, №9, с. 1184-1225.

108. ТрубецковД.И., Мчедлова Е.С., Красничков Л.В. Введение в теорию самоорганизации открытых систем. М.: Физматлит, 2005. 212с.

109. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. М.: ИНФРА-М, 2003. 544 с.

110. Фаворский О.Н., Старик A.M. Эмиссия из реактивных двигателей и воздействие авиации на атмосферные процессы // Вестник РАН. 2003. Т. 73. №8.

111. Феодосъев В.И., Синярев Г.Б. Введение в ракетную технику. М.: Оборонгиз, 1961. 506 с.

112. Фертрегт М. Основы космонавтики. М.: Просвещение, 1969. 302 с.

113. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. В 2-х т. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

114. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризованный справочник в 3-х т. / Под ред. Г.Г. Черного и С.А. Лосева. М.: Изд-воМГУ, 1995-2002.

115. Физические величины: Справочник / Под ред. КС. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

116. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. 280 с.

117. Фортран 77 для ПЭВМ ЕС: Справочное издание / З.С. Брич, Д.В. Капилевич, Н.А. Клецкова. М.: Финансы и статистика, 1991.

118. Хакен Г. Лазерная светодинамика. М.: Мир, 1988. 352 с.

119. Химические приложения топологии и теории графов / Под ред. Р. Кинга. М.: Мир, 1987. 560 с.

120. Химия окружающей среды / Под ред. А.П. Цыганкова. М.: Химия, 1982. 672 с.

121. Ш.Хргиан А.Х. Физика атмосферы. М.: Изд-во МГУ, 1986. 328 с.

122. Четверушкин Б.М. Математическое моделирование задач динамики излучающего газа. М.: Наука, 1985. 304 с.

123. Шильков А.В., Цветкова И.А., Шилькова С.В. Система «ATRAD» для расчетов атмосферной радиации: Реконструкция микросечений поглощения и рассеяния // Мат. моделирование 1996. Т. 8. № 8. С. 104-127.

124. Шильков А.В., Цветкова И.А., Шилькова С.В. Система "ATRAD" для расчетов атмосферной радиации: Лебеговское осреднение спектров и сечений поглощения // Мат. Моделирование. 1997. Т. 9. № 6. С. 3-24.

125. Штиллер В. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика. М.: Мир, 2000. 176 с.

126. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир, 1982. 238 с.

127. Экологические проблемы и риски воздействия ракетно-космической техники на окружающую природную среду. Справочное пособие / Под ред. А.В.Адушкин. М.: Анкил, 2000, 640 с.

128. Щетинков Е.С. Физика горения газов. М.: Наука, 1965. 740 с.

129. Ъ%. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1979.

130. Яценко О.В. Информационно-математические модели внутрици-линдровых процессов в поршневом двигателе: механизмы, уравнения, термодинамические и кинетические коэффициенты / Св-во об официальной per. БД № 2004620137. М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

131. Яценко О.В., Загороднюк В.Т. Компьютерное моделирование задач прикладной физико-химической кинетики. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001.200 с.

132. Яценко О.В., Ладоша Е.Н. Теоретическая оценка влияния реактивных выбросов ракет-носителей на стратосферный озон // Безопасность жизнедеятельности 2005. №.8. С. 31-35.

133. Яценко О.В., Ладоша Е.Н. Уточненные модели возмущения озоно-сферы жидкотопливными ракетами-носителями / Труды II всероссийской научной конф. Самара: Изд-во СамГТУ, 2005. Ч. 2. С.267-270.

134. Ackerman J., Wulkow М. MACRON A program package for macro-molecular kinetics / Preprint SC-90-14. Berlin: Konrad-Zuse-Zentrum, 1990. 28 p.

135. Amsden A.A., O'Rourke P.J., Butler T.D. KIVAII: A computer program for chemically reactive flows with sprays / LA-11560-MS. LANL. Los Alamos, 1989.49 р.

136. Chevalier C., Warnatz J., Melenk H. Automatic generation of reaction mechanisms for description of oxidation of higher hydrocarbons // Ber. Bunsenges Phys. Chem. 1990. V.94. P. 1362.

137. Gear C.W. Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations / Prentice-Hall Englewood Cliffs, N.-J. 1969.

138. Gill A., WarnazJ., Gutheil E. Numerical investigation of turbulent combustion in a direct-injection stratified-charge engine with emphasis on pollutant formation // Proc COMODIA. JSME, Yokohama, 1994. P. 583.

139. Glaborg P., Miller J.A., Kee R.J. Kinetic modeling and sensitivity analysis of nitrogen oxide formation in well-stirred reactors // Comb. And Flames. 1986. V. 65. P. 177-190.

140. Heywood J.B. Internal combustion engine fundamentals. N.-Y.: McGraw-Hill, 1988.

141. Hindmarsh A.C. Gear: Ordinary Differential Equations Solver / Technical Report № UCID-3000, Rev. 2. Lawrence Livermore Lab. Livermore, CA, 1972.

142. Jones A.E., Bekki S., Pyle J.A. On the atmospheric impact of launching the Ariane 5 rocket // J. Geophys. Res. 1995, v. 100, № D8, p. 1665116660.

143. Karol I.L., Ozolin Y.E., Rosanov E. V. The space rocket launching effects on ozone and other atmospheric gases // Ann. Geophys., Suppl., 9, 1991. P. C248-C429.

144. Kee R.J., Rupley F.M., Miller J.A. The CHEMKIN thermodynamic data base / SANDIA Report SAND 87-8215. SNL, Livermore, С A. 1987.

145. Kramer MA., Kee R.J., Rabitz H. CHEMSEN: A computer code for sensitivity analysis of elementary reaction models // SANDIA Report SAND82-8230, Sandia National Laboratories, Livermore, CA, 1982. 32 p.

146. Kruger B.C., Hirshberg M.M., Fabian P. Effects of solid-fueled rocket exhaust on the stratospheric ozone layer / Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 1992. V. 96. P. 268-272.

147. Lam S.H., Goussis D.A. Understanding complex chemical kinetics with computational singular perturbation / 22-nd Int. symp. on combustion. The Comb. Institute, Pittsburgh, 1989. P. 931-946.

148. Lute A.E., Kee R.J., Miller J.A. A Fortran program to predict homogeneous gas-phase chemical kinetics including sensitivity analysis / SANDIA Report SAND 87-8248. SNL, Livermore, CA. 1987.

149. Prather M.J. et al. The space shuttle's impact on the stratosphere 11 J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 18585-18590.

150. Reynolds W.C. The element potential method for chemical equilibrium analysis: implementation in the interactive program STANJAN version 3. Dept. of Engineering, Stanford University. 1986.

151. Riedel U. et al. Laminar flame calculations based on automatically simplified chemical kinetics / Proc. Eurotherm. Seminar on compact fired heating systems. Leuven, Belgium, 1994.

152. Smith W.R., Missen R.W. Chemical Reactions. Equilibrium Analysis. Theory and Algorithms. N.-Y.: Wiley, 1982. 364 p.173 .Solomon S. The mystery of the Antarctic ozone «hole». // Rev. biophys. 1988. V. 26. № l.P. 131-148.

153. MA.Stolarski R.S. et al. Scientific assessment of the atmospheric effects of stratospheric aircraft. NASA Ref. Publ. 1995. 110 p.

154. Takeno Т., Nishioka M., Yamashita ^ Prediction of NO* emission index of turbulent diffusion flames / In: Turbulence and molecular processes in combustion. Amsterdam London: Elsevier, 1993. P. 375-387.

155. Warnatz J. NO.* formation in high-temperature processes / Eurogas 90, Tapir, Trondheim, 1990. P.303-309.

156. Williams A. Combustion of liquid fuel sprays London: Butter-worth® Co., 1990.