ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Математическое моделирование воздействия температурных изменений на искусственные ледовые острова

Муратов М.В., Бирюков В.А., Конов Д.С., Петров И.Б.
Московский физико-технический институт, кафедра вычислительной физики, https://mipt.ru/
г. Долгопрудный 141700, Московская область, Российская Федерация
E-mail: max.muratov@gmail.com, biryukov.vova@gmail.com, konov1999@gmail.com, petrov@mipt.ru

Поступила 21.12.2020, рецензирована 26.12.2020, принята 29.12.2020

Аннотация. Статья посвящена численному решению задачи Стефана для термических воздействий на искусственный ледовый остров. Для современных задач освоения Арктики, связанных с разведкой и добычей полезных ископаемых, актуально создание искусственных ледовых островов в Арктическом шельфе, в связи со скоростью их возведения, экономической целесообразностью и другими факторами. Важнейшей задачей эксплуатации таких островов является их устойчивость, в том числе к таянию. В данной работе обсуждается вопрос устойчивости ледовых островов к таянию. Для этого сформулирована задача Стефана об изменении фазового состояния вещества. Построен энтальпийный метод решения, рассмотрена применимость этого метода. Для численного решения применяется схема Писмена-Рекфорда, которая является безусловно спектрально устойчивой в двумерном случае, что позволяет свободно выбирать шаг по времени. Кроме того, разработанный подход учитывает течение воды и стекание растаявшей воды, что важно в поставленной задаче. Разработанные вычислительные алгоритмы распараллелены для использования на современных многопроцессорных вычислительных системах. Реализован подход для моделирования тепловых процессов в толще произвольного массива веществ с учетом произвольных начальных условий, условий внешней среды, приливных течений воды, солнечного излучения. С помощью этой подхода произведен расчет распределения температуры в толще ледового острова, а также проведены исследования воздействия сезонных температурных изменений на устойчивость острова.

Ключевые слова: математическое моделирование, ледовый остров, задача Стефана, энтальпийный подход, схема Писмена-Рекфорда

УДК 004.94

РЭНСИТ, 2021, 13(1):79-86 DOI: 10.17725/rensit.2021.13.079.

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/372/13(1)79-86.pdf