Статья
On some properties of multidimensional hyperbolic quasi-gasdynamic systems of equations
We study a multidimensional hyperbolic quasi-gasdynamic (HQGD) system of equations containing terms with a regularizing parameter $\tau>0$ and 2nd order space and time derivatives; the body force is taken into account. We transform it to the form close to the compressible Navier-Stokes system of equations. Then we derive the entropy balance equation and show that the entropy production is like for the latter system plus a term of the order $O(\tau^2)$. We analyze an equation for the total entropy as well. We also show that the corresponding residuals in the HQGD equations with respect to the compressible Navier-Stokes ones are of the order $O(\tau^2)$ too. Finally we treat the simplified barotropic HQGD system of equations with the general state equation and the stationary potential body force and obtain the corresponding results for it.
For the quasi-gasdynamic system of equations, there holds the law of nondecreasing entropy. Difference methods based on this system have been successfully used in numerous applications and test gasdynamic computations. In theoretical terms, however, for standard spatial discretizations of this system, the nondecreasing entropy law does not hold exactly even in the one-dimensional case because of the mesh imbalance terms. For the quasi-gasdynamic equations, a new conservative spatial discretization is proposed for which the entropy balance equation has an appropriate form and the entropy production is guaranteed to be nonnegative (which also holds in the presence of body forces and heat sources). An important element of this discretization is that it makes use of nonstandard space-averaging techniques, including a nonlinear "logarithmic" averaging of the density and internal energy. The results hold on arbitrary nonuniform meshes
Однородные изотропные по горизонтальным переменным случайные поля - удобная модель при работе с геофизическими (в частности, метеорологическими) функциями пространственно-временного аргумента. Для задач прогноза погоды важен крупный горизонтальный масштаб (30 — 3000 км), диктуемый масштабом наблюдательной сети и возможностями компьютеров для решения системы уравнений гидротермодинамики, включающих фазовые переходы влаги etc.
Корреляционные функции (КФ) этих случайных полей могут применяться:
1) для оптимальной интерполяции метеоинформации из точек наблюдения в точки регулярной разностной сетки, а также (для контроля одних наблюдений по другим) в другую точку наблюдения;
2) для тестирования моделей: если климатическая модель адекватно моделирует не только поля средних величин, но и поля дисперсии и КФ, то такую модель стоит считать достоверной.
КФ оценивались по глобальному проконтролированному архиву наблюдений с помощью метеозондов. Строгая положительная определенность этих КФ обеспечивается специальной процедурой регуляризации. Отдельно выделялись области атмосферы, где гипотеза изотропности по горизонтальным переменным сильно нарушается.
Если имеется алгоритм построения атмосферных фронтов, разделяющих так называемые однородные синоптические массы воздуха, то, оценивая раздельно КФ по парам точек, лежащих в одной такой массе, и лежащих в разных массах, можно увидеть заметное различие. И это различие будет тем больше, чем лучше алгоритм построения атмосферных фронтов. Таким образом, появляется критерий качества для алгоритмов построения фронтов - этот статистический подход позволил оптимизировать алгоритм по большому количеству числовых параметров. Этот алгоритм реализован оперативно в Гидрометцентре России. Аналогичные алгоритмы численного построения границ сравнительно однородных объемов по дискретному множеству наблюдений возможны для других физических сред.
Рассматриваются явные двухслойные по времени и симметричные трехточечные по пространству разностные схемы для системы уравнений одномерной баротропной газовой динамики. Схемы основаны на специальных квазигазо/гидродинамических регуляризациях этой системы. Для линеаризованных на постоянном решении схем выводятся необходимое условие типа фон Неймана и критерий слабой консервативности задачи Коши по начальным данным в пространстве суммируемых с квадратом функций. Выполнено их сравнение между собой и с полученным ранее достаточным условием, в том числе посредством численных экспериментов для исходной нелинейной системы газовой динамики.
Для квазигазодинамической системы уравнений справедлив закон неубывания полной энтропии. Основанные на ней разностные методы хорошо зарекомендовали себя в многочисленных практических и тестовых газодинамических расчетах.
Вместе с тем в теоретическом плане для стандартных дискретизаций по пространству этой системы даже в одномерном случае не удается получить точное выполнение этого закона из-за возникновения сеточных дисбалансных слагаемых.
Предлагается новая консервативная дискретизация по пространству квазигазодинамической системы уравнений, для которой уравнение баланса энтропии имеет надлежащий вид и гарантирована неотрицательность производства энтропии (что имеет место и при наличии как массовой силы, так и теплового источника).
Важным элементом этой дискретизации является использование нестандартных усреднений по пространству, включая нелинейные “логарифмические” усреднения плотности и внутренней энергии.
Результаты верны на произвольной неравномерной сетке.
Квазигазодинамическая система уравнений с массовой силой и источником тепла хорошо известна для случая совершенного политропного газа. В статье эта система обобщается на случай общих уравнений состояния газа,
удовлетворяющих условиям термодинамической устойчивости. Изучается уравнение баланса энтропии. Анализируется алгебраически выполнение свойства неотрицательности производства энтропии. Выводятся две различные формы записи его релаксационных слагаемых. При некотором условии на мощность источника тепла указанное свойство
выполнено.
Дано приложение к одномерным уравнениям Эйлера реального газа. Строится явная двухслойная симметричная по пространству разностная схема. Схема тестируется в случаях газа с двучленным уравнением состояния и газа Ван-дер-Ваальса.
Обсуждается задача использования солнечного ветра для орбитальных маневров космических аппаратов. Анализируются материалы, связанные с созданием шаровых солнечных парусов с изменяемыми отражательными характеристиками, например с использованием жидкокристаллической пленки. Описываются возможные варианты построения математической модели паруса и соответствующие им алгоритмы управления.
Для исследования состояния границы раздела многослойных систем разработан метод,основанный на спектральном анализе термоволновых колебаний, возникающих под действием излучения лазеров, работающих в периодическом импульсном режиме. Метод основан на высокой чувствительности формы осциллирующей составляющей пирометрического сигнала к адгезионным характеристикам границы раздела фаз. Для количественной оценки формы сигнала использованы коэффициент корреляции (система пленка – подложка) и передаточная функция (многослойные образцы).
Рассматриваются вероятные трудности, возникающие при создании криоботов. Обсуждаются проблемы прохождения больших толщин ледяного слоя и эффективности применения оборудования типа криоботов для изучения ледяной поверхности Европы. Сделан обзор исследований по созданию криобота как для земного применения, так и для исследования планетарных льдов. Приводится обзор альтернативных технологий исследования подледного пространства.
В первой части пособия рассмотрены дополнительные вопросы теории вероятностей, необходимые для изучения математической статистики, и начальные сведения по математической статистике.
Во второй части пособия подробно изложены вопросы, связанные с решением одной из основных задач математической статистики - параметрической задачи. Приведено много примеров.
Рекомендуется всем студентам МИЭМа, изучающим математическую статистику.
Книга представляет первую часть курса физики для вузов из 3 частей. В ней изложены разделы, посвященные классической механике, специальной теории относительности, колебаниям и волнам, статистической физике и термодинамике. Курс предназначен для широкого круга вузов с изучением общей физики в течение 2-4 семестров, а также для самоподготовки и повторения ранее изученного материала. В рамках соответствия государственным образовательным стандартам дано представление о ряде существенных разделов и подходов сегодняшней физики. Акцент в изложении сделан на наиболее перспективные, бурно развивающиеся и финансируемые приложения, и это делает учебник востребованным и современным по сути. В первую очередь, речь идет о приложениях физики к современным технологиям, электронике, медицине и биологии.
Настоящая книга представляет собой своеобразный расширенный учебник по математической статистике. Данный учебник не ограничен рамками учебного стандарта или вузовской программы --- он предназначен всем, кто интересуется математикой вообще и, в частности, хочет узнать, что такое современная математическая статистика, какие задачи и какими методами она решает, какие результаты в ней уже накоплены, какие проблемы в ней сегодня актуальны; наконец, каковы ее истоки, какой путь она прошла и какие ученые были ее творцами. По замыслу авторов, книга простым и доступным языком рассказывает о математической статистике и одновременно обучает ей. Вся теория объясняется и иллюстрируется на интересных и тщательно подобранных примерах. Книга может служить и задачником, так как содержит большой список упражнений для самостоятельного решения, а также справочным пособием по математической статистике, а в некоторых аспектах --- и по теории вероятностей.
Книга будет интересна преподавателям, аспирантам и студентам естественных и технических вузов, в которых изучается математическая статистика, научным работникам, использующим в своей деятельности методы математической статистики, а также самому широкому кругу любителей математики.
Изучается задача минимизации среднеквадратичного отклонения однородной струны с закрепленными концами от положения равновесия. Управлением служит плотность внешних сил, действующих на струну. Предполагается, что заданы начальные условия и концы струны закреплены. Используется метод Фурье, который позволяет задачу управления уравнением в частных производных свести к задаче управления счетной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Для полученной задачи оптимального управления в пространстве l2 доказано, что оптимальный синтез содержит особые траектории и траектории с учащающимися переключениями. Для исходной задачи оптимального управления колебаниями струны доказано, что существует единственное решение, при этом оптимальное управление имеет счетное число переключений на конечном интервале времени.
Изучаются класс задач оптимального управления и порожденные ими гамильтоновы системы в пространстве l 2. Доказывается существование экстремалей со счетным числом переключений на конечном интервале времени. Построен оптимальный синтез в пространстве l 2, образующий расслоение с кусочно-гладкими двумерными слоями, состоящими из экстремалей со счетным числом переключений, над бесконечномерной базой особых экстремалей.
В данной работе рассматривается пятое уравнение Пенлеве, которое имеет 4 комплексных параметра α, β, γ, δ. Методами степенной геометрии ищутся асимптотические разложения его решений при x → ∞. При α≠0 найдено 10 степенных разложений с двумя экспоненциальными добавками каждое. Шесть из них - по целым степеням x (они были известны), и четыре по полуцелым (они новые). При α=0 найдено 4 однопараметрических семейства экспоненциальных асимптотик y(x) и 3 однопараметрических семейства сложных разложений x=x(y). Все экспоненциальные добавки, экспоненциальные асимптотики и сложные разложения найдены впервые. Также уточнена техника вычисления экспоненциальных добавок.
Эта публикация представляет собой сборник отдельных статей "Третьей Международной конференции по динамике информационных систем», которая состоялась в университете Флориды, 16-18 февраля 2011 года. Цель данной конференции заключалась в том, чтобы собрать вместе ученых и инженеров из промышленности, правительства и научных кругов, чтобы они смогли обменяться новыми открытиями и результатами в вопросах, имеющих отношение к теории и практике динамики информационных систем. Динамика информационных систем: математическое открытие представляет собой современное исследование и предназначается студентам – аспирантам и исследователям, которые интересуются самыми последними открытиями в информационной теории и динамичных системах. Ученые других дисциплин могут также получить пользу от применения новых разработок в своих областях исследований.
В работе построено новое распределение, отвечающее реальному благородному газу, а также уравнение состояний для него.
Статьи данного сборника написаны на основе докладов, сделанных в 2011 г. на социологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова на заседании XIV Междисциплинарного ежегодного научного семинара "Математическое моделирование социальных процессов" им. Героя Социалистического труда академика А.А. Самарского.
Издание предназначено для научных сотрудников, преподавателей, учащихся вузов и научных учреждений РАН, интересующихся проблемами, разработкой и внедрением методологии математического моделирования социальных процессов.