Суперкомпьютерное молекулярное моделирование термодинамического равновесия в микросистемах газ-металл
Подрыга В.О., Поляков С.В., Пузырьков Д.В.

Статья посвящена суперкомпьютерному моделированию термодинамического равновесия в микросистемах, содержащих разные вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях. В качестве примера нами рассмотрена система газ-металл, в которой в качестве газа используется азот, в качестве металла - никель. Такой выбор обусловлен тем, что рассматриваемая микросистема является основой многих технических приложений. В том числе, она используется в установках сверхзвукового холодного газодинамического напыления наночастиц на поверхности перспективных углеродсодержащих материалов. На первом этапе исследований представляет интерес равновесное состояние микросистемы азот-никель. Для моделирования процесса установления термодинамического равновесия в такой системе применен молекулярно-динамический подход. Выбранный численный алгоритм его реализации базируется на конечно-разностной схеме Верле. Для ускорения вычислений предложен параллельный алгоритм и выполнена его реализация в рамках технологий MPI и OpenMP. С помощью разработанной программы исследован процесс установления термодинамического равновесия как в чистых компонентах (азоте и никеле) при нескольких значениях температуры, включая комнатную, так и в системе азот-никель. В численных экспериментах определены как оптимальные параметры методики расчета, в том числе эффективность распараллеливания при использовании процессоров с различной архитектурой, так и физические параметры моделируемого процесса.

Ключевые слова: молекулярная динамика, параллельные вычисления, суперкомпьютерное моделирование, взаимодействие азота с никелевой поверхностью, термодинамическое равновесие.

Название статьи, аннотация и ключевые слова на английском языке

  • Подрыга В.О. – Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН), Миусская пл., 4, 125047, Москва; науч. сотр., e-mail: pvictoria@list.ru
  • Поляков С.В. – Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН), Миусская пл., 4, 125047, Москва; зав. сектором, e-mail: polyakov@imamod.ru
  • Пузырьков Д.В. – Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН), Миусская пл., 4, 125047, Москва; аспирант, e-mail: dpuzyrkov@gmail.com