Реферат: Учебно-научный комплекс доступен по адресу Цель работы

Авторы: Александров С.Е., Болдырев Ю.Я.


Функционирующий в режиме удаленного доступа
интерактивный учебно-научный комплекс
для выполнения работ по моделированию процессов
газофазного синтеза наноразмерных структур и наноматериалов
в проблемно-ориентированной среде высокопроизводительных вычислений


Большинство задач, которые связаны со многими аспектами развития нанотехнологий по своей природе существенно междисциплинарны. Одним из наиболее характерных примеров этого является проблематика применения газофазного синтеза в нанотехнологиях. По своему существу такие технологии являются реализацией процессов химического осаждения вещества из газообразного состояния, подаваемого в реакционную зону, в твердое состояние.

Классический эксперимент имеет очевидные недостатки, применимо к процессу обучения: он не является наглядным, не позволяет изучать зависимость конечного материала от различных физических параметров системы, занимает много времени, дорог. На смену ему пришел виртуальный эксперимент, моделирование.

Использование высокопроизводительных вычислений позволяет распределить вычислительные ресурсы таким образом, что сервисом одновременно может воспользоваться достаточное количество студентов на практических занятиях в СПбГПУ, при этом затраченное на расчет время остается небольшим.


Адрес

Учебно-научный комплекс доступен по адресу http:/lamm.spbstu.ru/reactor/


^ Цель работы

Совершенствование подготовки специалистов и развитие исследовательского и инженерного инструментария в области процессов газофазного синтеза наноразмерных структур и наноматериалов на базе технологий математического и имитационного моделирования с использованием высокопроизводительных вычислений на основе разрабатываемых интерактивных проблемно-ориентированных средств и систем, работающих в режиме удаленного мультимедийного доступа.


^ Основные результаты выполнения проекта

Результатом работы в настоящем проекте является разработка совокупности технологий для создания мультимедийного интерактивного учебно-научного комплекса. Выполненная работа, включает несколько взаимосвязанных научных направлений и методов исследований:

обобщение данных отечественной и зарубежной научной, патентной и нормативной литературы, посвященной технологиям газофазного синтеза наноразмерных структур и наноматериалов.

анализ современных типовых технологических установок химического осаждения веществ из газовой фазы, применяемых в ведущих странах мира.

выявление влияния основных технологических параметров синтеза на структуру и свойства выбранных материалов.

создание и развитие физических, математических и имитационных моделей физико-химических процессов течений газовой среды, включая физические процессы нанотехнологий, связанные с методами химического осаждения материалов из газовой фазы, на основе современных многопроцессорных программных комплексов.

разработку и развитие методологий представления результатов, дающих полномасштабную информацию, о характеристиках описываемых течений, так и о детальном представлении при его визуализации (поля скоростей, давлений, концентраций реагентов и т.д. как в локальных областях течения, так и во всем реакционном объеме).

разработку и реализацию технологии удаленного доступа к серверам приложений среды моделирования и визуализации результатов численных экспериментов и интерактивного механизма визуализации результатов моделирования с использованием современных технологий отображения информации в сетевой среде.

разработку базы экспериментальных данных по актуальным задачам нанотехнологий в области газофазного синтеза наноструктур и наноматериалов и реализацию интерактивного доступа к базе данных результатов экспериментов, включающую:

структуру технологических систем для получения перспективных наноматериалов (пленок, наночастиц и наноструктур);

схемы и модели современных типовых технологических установок химического осаждения веществ из газовой фазы;

модели физико-химических закономерностей синтеза в выбранных системах;

комплекс данных, полученных современными методами физического анализа, дающих наиболее полное описание важнейших свойств выбранных наноматериалов.

учебно-методические материалы по использованию предлагаемого комплекса в специализированных лабораторных практикумах, направленных на подготовку специалистов и магистров по направлениям «нанотехнология», «микроэлектроника», «наноэлектроника», «микромеханика» и др., а также при обучении аспирантов, переподготовке или повышении квалификации специалистов.


В основе методологии проведения работ лежит разработка передовых технологий математического моделирования с использованием высокопроизводительных вычислений для создания и развития исследовательского и инженерного инструментария в области процессов газофазного синтеза наноразмерных структур и наноматериалов. При этом важнейшей целью работы является обеспечение визуализации протекающих физико-химических процессов, а также и обеспечения удаленного доступа к проводимым исследованиям и разрабатываемым учебным ресурсам, которые служат основой для проведения лабораторных, курсовых работ о подготовке бакалаврских, магистерских и кандидатских диссертаций.


^ Область применения результатов проекта

Результаты проводимых исследований уже сегодня находят самое широкое использование в учебном процессе СПбГПУ как в рамках лабораторных и практических работ, НИРС, так и при подготовке бакалаврских и магистерских работ студентами старших курсов направлений 150100 «Материаловедение и технологии материалов» в рамках преподавания дисциплин: «Методы математического моделирования», «Физико-химические основы технологии наноматериалов и компонентов электронной техники», «Компьютерные технологии в науке и производстве в области материаловедения» при проведении лабораторных, курсовых и иных видов учебных работ (конкретные работы будут выбираться в процессе выполнения проекта):

Работы в данном направлении служат научной и научно-методической основой для разработки лекционных курсов и лабораторных работ, ориентированных на подготовку новых поколений специалистов в областях высоких технологий с применением суперкомпьютерных технологий в инженерных и естественнонаучных расчетах. Они также служат одним из ключевых элементов разрабатываемой магистерской программы направления «Суперкомпьютерные технологии (высокопроизводительные вычисления) в технике и естествознании» в рамках программ магистерской подготовки по направлению «Прикладная математика и информатика» и находятся в рамках Президентской инициативы по развитию суперкомпьютерного образования в высшей школе.


Информация о проекте

Работа выполнена в рамках направления 2 Федеральной целевой программы "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы" ГК № 16.647.12.2020 "Создание функционирующего в режиме удаленного доступа интерактивного учебно-научного комплекса для выполнения работ по моделированию процессов газофазного синтеза наноразмерных структур и наноматериалов в проблемно-ориентированной среде высокопроизводительных вычислений"


Контакты


Научный руководитель проекта: зав. каф., д.х.н., проф. С.Е. Александров

(salexandrov@spbstu.ru)


Ответственный исполнитель: зав. каф., д.т.н., проф. Ю.Я. Болдырев

(boldyrev@phmf.spbstu.ru)