Применение методов математического моделирования к исследованию уравнений электрогидродинамики и переноса зарядов в полупроводниках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат физико-математических наук Меражов, Икрам Завкидинович
- Специальность ВАК РФ05.13.16
- Количество страниц 128
Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Меражов, Икрам Завкидинович
Оглавление
Введение
Глава 1.
Постановка задач об устойчивости ударных волн в электрогидродинамике
§1. Стационарный разрыв
§2. Линеаризация уравнений электрогидродинамики и соотношений на сильном разрыве
§3. Постановка основной задачи
Глава 2.
Доказательство корректности задач 1-Ш
§1. Расширенная система для задачи 1.1
§2. Вывод априорных оценок для задачи 1.1
§3. Исследование корректности задачи 1.2
§4. Исследование корректности задачи III
Глава 3.
Численный анализ гидродинамической модели переноса заряда в полупроводниках
§1. Газодинамическая модель
§2. Гиперболический вариант газодинамической модели
§3. Вычислительная модель для газодинамической модели
§4. Вычислительная модель для гиперболического варианта газодинамической модели
§5. Результаты численных экспериментов
Литература
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», 05.13.16 шифр ВАК
Математическое моделирование в задачах переноса заряда в полупроводниковых кремниевых устройствах2011 год, кандидат физико-математических наук Семисалов, Борис Владимирович
О существовании решений с поверхностью сильного разрыва для гиперболических законов сохранения: приложения к магнитной и радиационной гидродинамике2006 год, доктор физико-математических наук Трахинин, Юрий Леонидович
Теоретическое и численное исследование одной модели слоистых структур2011 год, кандидат физико-математических наук Семенко, Роман Евгеньевич
Исследование высокоскоростных газодинамических и МГД течений2001 год, доктор физико-математических наук Погорелов, Николай Владимирович
Проектирование расчетной схемы для упруго-пластической среды с эффективным тензором деформации2009 год, кандидат физико-математических наук Пешков, Илья Михайлович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение методов математического моделирования к исследованию уравнений электрогидродинамики и переноса зарядов в полупроводниках»
Введение.
В настоящее время математическое моделирование получило очень широкое распространение в самых разных областях науки. Огромная сложность наблюдаемых в природе явлений делает невозможным их непосредственное изучение, поэтому вместо интересующего нас явления приходится изучать его модель, в которой отражены все существенные черты данного явления. При описании различных физических явлений часто используются гидродинамические модели; их общность с хорошо изученной моделью газовой динамики позволяет применить разработанные для нее методы к исследованию различных моделей гидродинамики. В частности изучение математических моделей возникающих в релятивистской гидродинамике, магнитной гидродинамике, сверхтекучей жидкости, радиационной гидродинамике, показало, что в ряде случаев систему уравнений описывающую ту или иную модель можно симметризовать (см.[1]), что, в свою очередь, позволяет использовать математически развитую и продвинутую теорию симметрических ¿-гиперболических (по Фридрихсу) систем (хотя на самом деле из-за сложности задач, возникающих на практике, часто требуется дальнейшее нетривиальное развитие этой теории).
Цель данной работы - теоретическое исследование математической модели, возникающей в электрогидродинамике ( этому вопросу посвящены первые две главы диссертации), а также численное исследование модели, описывающей явление переноса зарядов в полупроводниках (в третьей главе).
В последние годы резко возрос интерес к изучению течений сред с объемным зарядом. Дело в том, что заряженные частицы часто появляются в потоках в результате взаимодействия с обтекаемыми телами. Особое значение имеет изучение электризации, возникающей при движении нефти и продуктов ее переработки по трубопроводам (см.[6],[7]). Решение проблемы электризации и снятия зарядов с летательных аппаратов также имеет важное практическое значение. При этом во мно-
гих случаях магнитное поле не влияет на движение среды. Изучение движения среды с объемным зарядом в электрическом поле и составляет предмет исследований электрогидродинамики. В обзоре [3] подробно описан широкий круг проблем и приложений электрогидродинамики, а также приведен список работ, в которых формулируются основные предположения, использующиеся при построении математических моделей, описывающих движение сплошной среды с объемным зарядом в электрическом поле. В данной диссертации рассматривается модель, которая описывает движение сплошной среды в электрическом поле. Среда состоит из нейтрального газа и положительно заряженных ионов, причем концентрация ионов много меньше концентрации нейтральных частиц. Пренебрегая вязкостью и теплопроводностью, выпишем уравнения электрогидродинамики. Уравнение неразрывности
(Н + (Иу(ри) = 0, (0.1)
где р — плотность сплошной среды; и = («1, и2, г/з)* — ее скорость (символ "звездочка"означает транспонирование). Векторное уравнение движения
(ри)< +сИуП = 0, (0.2)
где П — тензор плотности потока импульса с компонентами
Щ = рщик + р8{к - Р1к (г, к — 1, 2, 3).
Компоненты Р{к максвелловского тензора напряжений Р имеют вид (см.[2]):
где р — давление, Е = Еъ, Е^)* — напряженность электрического поля.
Уравнение энергии
(ре)4 + а^ = (1,Е); (0.3)
где е = во + ||и|2; ео — внутренняя энергия; ^^ = (И7*!, И^, И^)* = /щ(е + руу, v = i/р— удельный объем.
Уравнение сохранения заряда
+ сПуЗ = 0; (0.4) где I — плотность тока; ц — заряд.
Уравнения Максвелла для электрического поля в электрогидродинамическом приближении
сНУЕ = 4тгд; (0.5)
гс^Е = 0. (0.6) Термодинамические переменные связаны соотношением Гиббса
Тд,8 = д.еъ+рдУ (0.7)
(з — энтропия; Т — температура). Из (0.7) вытекают равенства
р = -(е0)у = р2{ео)р] Т = (е0)5. (0.8)
Плотность тока Я связана со скоростью и и напряженностью электрического поля Е законом Ома
Л = д(и + ЬЕ) (0.9)
(где постоянная Ь > 0 есть так называемая подвижность (см.[12],[3])). С учетом уравнения состояния
е0 = еь(/м);
равенств (0.8) и закона (0.9) можно рассматривать систему (0.1)—(0.6) как систему для нахождения компонент векторов и = (р, и*)*, Е и заряда д. В диссертации исследование уравнений электрогидродинамики проведено для случая политропного газа.
Рассматриваемая модель обладает рядом математических преимуществ с точки зрения теории дифференциальных уравнений. В самом деле, уравнения Максвелла (0.5), (0.6) сводятся к одному уравнению Пуассона для скалярного электрического потенциала ср:
А(р = -4тгд; (0.10)
и в силу этих же соотношений (0.5), (0.6) векторное уравнение (0.2) можно переписать так:
(ри), + <1М1 = дЕ; (0.11)
где П — тензор плотности потока импульса с компонентами Пг£ = рщщ + р5ц;. Система (0.1), (0.11), (0.3) является системой уравнений газовой динамики (с правыми частями), которую можно переписать в недивергентном виде
рс2 сИ с2Т
йэ , а . .о
й д
где -— = —- + (и, V); с2 = (р2(ео)р)р — квадрат скорости звука в газе а ь с/ с
(см.[17]). Система (0.12) может быть записана в симметрическом виде
(0.13)
¿=1
где В= и) = с!1а§-(1 /(рс2), 1, р, р, р) — диагональная матрица; В(к) = В(к)( ^
— симметрические матрицы; Е = Е(и,Е,д) — вектор правых частей (матрицы и вектор Е без труда могут быть выписаны). Естественно предполагать, что термодинамические величины удовлетворяют неравенствам р > 0, (р2(ео)р)/, > 0. Тогда матрица Вположительно определена, и, следовательно, система (0.13) — симметрическая ¿-гиперболическая (по Фридрихсу)(см.[18],[20]) . Итак, с точки зрения теории уравнений с частными производными рассматриваемая модель состоит из симметрической ^гиперболической системы для р, 5, ад, уравнения для q и уравнения Пуассона для потенциала электрического поля (р.
При исследовании гидродинамических моделей огромное значение имеет исследование сильных разрывов. Такие разрывы встречаются во многих течениях, которые изучаются в механике сплошных сред и представляют большой практический интерес. Сильный разрыв - это
поверхность в поле течения среды, при переходе через которую макроскопические параметры среды изменяются скачкообразно. Наиболее часто встречающимся сильным разрывом является ударная волна. Отметим, что сплошная среда после ударной волны подчиняется тому же уравнению состояния, что и среда перед ней. Зона, внутри которой происходит переход от одного физического состояния к другому, имеет конечную, но чрезвычайно малую толщину (порядка нескольких длин свободного пробега). Однако для решения многих задач не требуется подробно знать физические условия внутри переходной зоны. Часто оказывается возможным адекватное описание этого явления путем рассмотрения ударной волны как математического разрыва непрерывности. Итак, математически ударная волна - это поверхность в сплошной среде, которая перемешается с течением времени по частицам среды и на которой параметры среды терпят разрыв первого рода, оставаясь непрерывными с каждой стороны от поверхности. Величины разрывов параметров среды не могут быть произвольными, но с необходимостью удовлетворяют соотношениям, которые получаются из законов сохранения и уравнений Максвелла в интегральной форме.
Если поверхность сильного разрыва задается уравнением
где х = (ж^х'), х' = (.г"2,£з), тогда на этой поверхности должны выполнятся следующие соотношения
/(*,х)=/(*,х')-я 1 = 0,
(0.14)
Мр] - [рщ] + /х2[рщ] + /Хз[рщ] = о,
АЫ - [йн] + ЛэРИ + /,3[п3г-] = о (2 = 1,2,3),
Ь[ре] - [ТУх] ' д. / [цг3] = 0,
(0.15) (0.16) (0.17)
(0.18)
(0.19) (0.20)
= -47ГСГ,
[^]+Л,И = 0 (к — 2,3),
где
^ = (Л,К); £^ = (Е,1Ч); N = —^(-1, Да, Д3)*;
1
IV/! = /Г+Ж+Ж;
N — нормаль к поверхности (0.14). Кроме этого, мы использовали обычное обозначение
[14 = ^ - ^со!
где Г- значение величины ^ справа, при / —> —0, ^— значение величины Е слева, при / —> +0 от поверхности разрыва. Кроме того, для ударной волны ] ф 0, [р] 0, где ] = р{идг — 1)дг), аддг = {и, И), =
-шл
При получении соотношений (0.17)-(0.20) предполагалось, что на поверхности (0.14) существует поверхностный заряд а = стН^х'), и в соответствии с рекомендациями из [3],[12] мы пренебрегли величиной поверхностного тока. Система соотношений (0.15)-(0.20) является замкнутой при заданной величине а.
При численном изучении ударных волн неизбежно возникает вопрос об их структурной устойчивости. Дело в том, что структурно неустойчивая ударная волна при малом возмущении ее фронта разрущается или распадается на несколько ударных волн. Численное исследование таких волн невозможно, поэтому прежде чем переходить к численному исследованию ударных волн необходимо решить вопрос об их структурной устойчивости. Физическая постановка задачи об устойчивости ударной волны состоит в следующем (см.[20]). Пусть сверхзвуковой стационарный поток газа отделен от дозвукового стационарного потока газа поверхностью сильного разрыва - ударной волной (с уравнением х\ =0). Пусть в начальный момент времени на фронт ударной волны накладывается экспоненциальное возмущение, а набегающий поток остается невозмущенным. Спрашивается, как поведет себя возмущение с течением времени?
Существуют различные подходы к изучению устойчивости сильных разрывов в механике сплошной среды. В газовой динамике первое теоретическое исследование устойчивости плоской ударной волны произвольной интенсивности, распространяющейся в неограниченной среде, было осуществлено в 1954 году С. П. Дьяковым [19]. Суть предложенного С. П. Дьяковым метода состоит в следующем. Сначала система уравнений газовой динамики и условия на сильном разрыве лине-
аризуются относительно постоянного решения. Затем формулируется некоторая смешанная задача и решение этой линеаризованной задачи ищется в экспоненциальном виде. В результате можно получить так называемое характеристическое уравнение частот. Исследуя это алгебраическое уравнение, Дьяков указал области устойчивых и неустойчивых состояний. В последствии С. В. Иорданский и В. М. Конторо-вич уточнили и дополнили результаты работы Дьякова. В 1967 году Зайдель предложил метод решения смешанной задачи для линеаризованных уравнений, основанный на применении преобразования Лапласа. При этом начальные возмущения могут быть произвольными вдоль одной из пространственных координат (той, которая соответствует нормали к фронту ударной волны). Несколько позже в работе [20] для исследования устойчивости ударных волн был развит метод диссипативных интегралов энергии.
В диссертации использован подход А. М. Блохина (см.[20]), примененный к исследованию задачи об устойчивости ударных волн в газовой динамике. Этот подход заключается в том, что мы формулируем некоторую линейную смешанную задачу, корректность которой изучаем с помощью техники диссипативных интегралов энергии. Если эта смещанная задача окажется корректной, то соответствующий разрыв устойчив и будет существовать как физическая структура. В противном случае разрыв неустойчив и малые возмущения вынуждают его прекратить свое существование даже за незначительное время. Отметим, что в газовой динамике эта методика позволила также перенести результаты исследования линеаризованной задачи на квазилинейные уравнения для изучения гладких течений в окрестности гладкой ударной волны. Для таких течений удалось с помощью построенных диссипативных интегралов энергии доказать теоремы существования и единственности в малом по времени. Также необходимо отметить, что с помощью техники диссипативных интегралов энергии удалось получить ряд важных результатов при исследовании устойчивости ударных волн в релятивистской гидродинамике, гидродинамике сверхтекучей жидкости, в радиационной гидродинамике, в магнитной гидродинамике.
В диссертации рассматривается стационарная электрогидродинамическая ударная волна с малым скачком напряженности электрического поля. Для исследования структурной устойчивости этой волны формулируется линейная смешанная задача, которая получается путем линеаризации уравнений электрогидродинамики (0.4), (0.5), (0.6), (0.12) и соотношений на сильном разрыве относительно рассматриваемого кусочно-постоянного решения. В результате для возмущений неизвестных величин р, 5, и, д получится две симметрические I - гиперболические (по Фридрихсу) системы (слева и справа от разрыва), а нахождение возмущения напряженности электрического поля Е сводится к нахождению возмущения потенциала электрического поля (р. При этом все перечисленные искомые величины связываются граничными условиями. Необходимо также найти Е и О — возмущение ударной волны и поверхностного заряда на ней, для нахождения которых используются два соотношения из граничных условий. Для корректности нашей задачи необходимо проверить, правильно ли задача поставлена по числу граничных условий. Изучение этого вопроса выявило, что возможны несколько вариантов задачи в зависимости от направления тока, возникающего после возмущения ударной волны и поверхностного заряда. Правильно поставленной задача оказывается в тех случаях когда ток течет: 1) через разрыв вниз по потоку без возмущения поверхностного заряда на ударной волне, 2) через разрыв вверх против потока также без возмущения поверхностного заряда на ударной волне, 3) слева и справа в сторону ударной волны, создавая возмущение поверхностного заряда на ней. Все остальные варианты задачи оказывается неправильно поставленными по числу граничных условий, и следовательно, описываемые ими ударные волны являются неэволюционными.
Доказав существование, единственность и непрерывную зависимость решения от начальных данных, мы, тем самым, докажем, что основная задача поставлена корректно, а это значит, что рассматриваемая ударная волна устойчива, как физическая структура. Для получения априорных оценок, необходимых для доказательства корректности основной задачи, применена техника диссипативных интегралов энергии к смешанной задаче для ¿-гиперболических систем и преобразование Фурье
для определения <р .
Приведем основную идею техники диссипативных интегралов энергии.
Определение 1. Система п уравнений первого порядка с вещественными коэффициентами
¿ои* + £ Акихк = 0 ; (0.21)
к=1
где Аа - квадратные матрицы порядка п, а = 0,3, называется симметрической ¿-гиперболической (по Фридрихсу), если матрицы Аа, а — 0,3, симметрические, а матрица Л о к тому же положительно определена.
Умножим скалярно (0.21) на 2U и получим равенство
(Аои,Щ+Е(А»и,и)Хк=0.
к=1
Предполагая, что |U| = (U,U)1//2 —>■ 0 при х\ —> оо и |х'| —> оо и интегрируя это соотношение по области R/j., приходим к уравнению
p(t)- J (АМЪ^М- 0, (0.22)
R-
где
I(t)= J (AoU,U)dx. R+
Для системы (0.21) рассмотрим смешанную задачу с диссипативны-ми граничными условиями.
Определение 2. Граничные условия для симметрической системы (0.21) при х\ = 0 называются диссипативными, если для всех ненулевых векторов U, удовлетворяющих граничным условиям, выполнено неравенство
-(AiU,U) >0. (0.23)
xi=0
Если выполнено неравенство (0.23), интеграл (0.22) называется дисси-пативным интегралом энергии. В этом случае (0.22) можно заменить
интегральным неравенством
т < 7(°) •
Следовательно, имеет место априорная оценка
НиМН^^СНиоП^кз);
(0.24)
где С > 0 — некоторая постоянная, не зависящая от вектора и. Из оценки (0.24) следует, что смешанная задача для симметрических ¿-гиперболических систем корректна поставлена. Однако такие простые рассуждения в нашем случае неприменимы, поскольку граничные условия для основной задачи не являются диссипативными. Чтобы преодолеть это затруднение, в диссертации построена так называемая расширенная система, у которой граничные условия уже диссипативны. Расширенная система — это система для вектора и и производных вектора и, полученная с помощью дифференцирования симметрических систем основной задачи. При построении расширенной системы мы используем то обстоятельство, что из симметрической системы для р, 5,и,д, при х\ > 0 получается волновое уравнение для р, из которого затем строится симметрическая ¿-гиперболическая система (по Фри-дрихсу), для которой граничные условия уже диссипативны. Задачу, для которой доказана корректность, можно далее исследовать численными методами.
В силу сложности м ат е м ат и ческой модели далеко не всегда можно сделать какие-либо заключения о корректности рассматриваемой задачи. Тем не менее, требуется иметь некоторые представления о поведении решения. В диссертации в рамках предложенной в [22] гидродинамической модели переноса зарядов в полупроводниках рассматривается тестовая задача о п+-п-п+ баллистическом диоде (см. [24, 25]), размеры которого порядка 10-5ст, поэтому численный эксперимент -возможно единственный на сегодняшний день путь получения информации о решении.Приведем систему уравнений модели переноса зарядов в полупроводниках, взятую из [22].
(0.25)
|-М + ^-{пу2 + пС\Т) + - } = дъ (0.26)
о1 ох < тп>
д Г А 2 , , 5 М , Я
д (2 2 <т\
— -пу1 Н--+
<9* \3 тУ
+~С2(Т) + ^ + 4т,2С2(Т) + = (0.29)
2т Ь т 2 т>
д2:Ф+«(М-п) = 0, (0.30)
с
где плотность электронов п, скорость электронов г>, напряженность ст, температура электронов Г , тепловой поток ф, электрический потенциал Ф - неизвестные функции от t и х. Величины в правой части равенств (0.26) - (0.29) , называемые источниками, имеют вид
ПУ 67
92 = — +П — Фх,
тр тп
9 ^ + §С(Т) - \с\%)
д3 = ПУ — Фх - П
тп т,
IV
° ^ А
94 =---Н -пу — фх,
тта о тп
1 3 , 5 П2(грЛ .5 (ТУ О п /ч ^ п\ -пу +-пуС (Т + -— + — № = ± (§„„' + ~пС2(Т) + 2-2- 2т ш
т \2 I т) тч
где
С2(Т)
Кв-Т
7П
т - эффективная масса электрона:
0.26те, И Т0 = 300 К, 0.24те, И Т0 = 77 К;
те - масса электрона: те — 9.11 • №~пКд;
Кв ~ постоянная Больцмана:
Кв = 1.38 -10~22 J ■ К"1 (1 = КдГ^)\
5
То - температура окружающей среды: Го = 300 К, 77 К; q - заряд электрона: q = 1.6 • 10-19С; с = 11.7 • со, £о ~ диэлектрическая проницаемость: во - 8.85 • 10-12^, Г1 =
и гп1 у 1
Лг(= N0 — ~ плотность легирования;
^Оч^а - соответственно плотности донорской и акцепторской примеси.
тр = тр(у,Т) - время релаксации импульса,
ти) = т-ьи^^Т) - время релаксации энергии,
та — та(у:Т) - время релаксации напряженности,
тч = тя(у,Т) - время релаксации тепла.
Данная гидродинамическая модель является жесткой системой из-за наличия в ее правых частях функций - времена релаксаций. Численное
исследование показало, что решение сильно зависит от начальных данных. Поэтому в диссертации рассмотрена газодинамическая модель, которая является упрощенным вариантом гидродинамической модели переноса зарядов в полупроводниках. Кроме того также рассмотрен гиперболический вариант газодинамической модели переноса зарядов в полупроводниках.
Для получения численного решения использован метод установления. Для аппроксимации дифференциальных уравнений использовалась конечно-разностная схема расщепления стабилизирующего оператора по физическим процессам с применением монотонных ограничителей.
Цель применения монотонных ограничителей состоит в следующем. С одной стороны схемы аппроксимирующие дифференциальные уравнения с более чем первым порядком вызывают нефизические осцилляции у численного решения вблизи разрывов, но сохраняют его монотонность на гладких участках решения. С другой стороны схемы первого порядка дают всюду монотонные численные решения, но размазывают разрыв. Поэтому при построении разностных схем вводят монотонизирующие ограничители так, чтобы на гладких монотонных решениях данная схема аппроксимировала дифференциальные уравнения с высоким порядком (т.е. более чем первым), а в близи разрывов, в силу действия ограничителей, точность понижалась бы до первого порядка. В результате достигается монотонность численного решения и более (чем в случае схем первого порядка) быстрая сходимость численного решения к решению дифференциального уравнения при стремлении шагов сетки к нулю.
Цель применения стабилизирующего оператора состоит в том, чтобы добиться большего шага по времени, обеспечивающего устойчивый счет. Так как ищется стационарное решение, то точность по времени не важна, а больший шаг по времени уменьшает число итераций до получения стационарного решения, т.е. экономиться время. В результате применения стабилизирующего оператора схема становиться неявной. Это означает, что для нахождения численного решения на новом временном слое требуется решить систему линейных алгебра-
ических уравнений. Размерность данной системы совпадает с числом узлов сетки N. Если матрица линейной системы произвольная, то лучшие методы решения линейных алгебраических уравнений требуют порядка -/V3/2 операций. Но можно расщепить стабилизирующий оператор так, чтобы получение решения схемы на новом временном слое сводилось бы к решению двух линейных алгебраических систем, но с матрицами, позволяющими решать эти системы прогонками, т.е. затрачивать порядка N операций. Неявные схемы требующие порядка N операций для определения численного решения на новом временном слое называются экономичными. Расщепление стабилизирующего оператора выполнено по физическим процессам. Вначале осуществляется только перенос сплошной среды, а затем внутреннее взаимодействие сплошной среды.
Диссертация состоит из введения и трех глав.
В первой главе формулируется основная задача об устойчивости ударных волн. С этой целью в §1.1 вводится кусочно-постоянное решение уравнений электрогидродинамики, которое удовлетворяет всем требованиям ударной волны, при условии что за малый параметр выбирается скачок электрического поля. В §1.2 проводится линеаризация уравнений электрогидродинамики и соотношений на сильном разрыве относительно рассматриваемого кусочно-постоянного решения; полученные соотношения затем обезразмеривается. В §1.3 формулируется линейная смешанная задача об устойчивости электрогидродинамических ударных волн, которая в дальнейшем называется основной задачей. Обсуждается вопрос о правильной постановке задачи.
Во второй главе диссертации доказывается корректность задач 1-Ш, путем получения априорных оценок. Для получения априорных оценок строится расширенная система для которой формулируется смешанная задача. Априорные оценки для решения этой задачи получаются при помощи техники диссипативных интегралов энергии и преобразования Фурье. В §2.1 формулируется смешанная задача для расширенной системы задачи I, в случае, когда до = 0 при х\ < 0. В §2.2 выводится априорная оценка для решения этой задачи. В §2.3 доказывается корректность задачи I в случае, когда до финитна. Поскольку
формулировка задач I и II совпадают, все рассуждения, проведенные в первых двух параграфах справедливы и для задачи II. В §2.4 доказывается корректность задачи III тем же способом, что и корректность задачи I.
В третьей главе диссертации численно исследуется гидродинамической модели переноса зарядов в полупроводниках напримере тестовой задачи о п+ — п — п+ баллистическом диоде. В §3.1 приводится газодинамический вариант рассматриваемой модели. В §3.2 приводится гиперболический вариант газодинамической модели. В §3.3 приводится разностная схема для газодинамической модели и алгоритм ее реализации. В §3.4 приводится разностная схема для гиперболической модели и алгоритм ее реализации. Для обеих вариантов модели применена схема расщепления стабилизирующего оператора по физическим процессам при наличии монотонизирующей коррекции. В конце главы даны результаты численных экспериментов.
3. На защиту выносятся результаты:
- Доказательство устойчивости ударных волн с малым скачком напряженности электрического поля в случае финитности функции, задающей распределение заряда в начальный момент времени.
- Проведение численного анализа гидродинамической модели переноса зарядов в полупроводниках в рамках задачи о п+ — п — п+ баллистическом диоде.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [30, 31, 32, 33, 34].
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору, доктору физико-математических наук Блохину Александру Михайловичу за постановку задачи и постоянное внимание к работе.
Похожие диссертационные работы по специальности «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», 05.13.16 шифр ВАК
Обобщенные характеристики, симметрии и точные решения интегродифференциальных уравнений теории длинных волн2010 год, доктор физико-математических наук Чесноков, Александр Александрович
Математическое моделирование процессов с дисперсией, диссипацией и фазовыми переходами в сложных средах2021 год, доктор наук Шаргатов Владимир Анатольевич
Численное моделирование задач механики сплошных сред с применением разработанного исследовательского пакета прикладных программ HYPERBOLIC_SOLVER2020 год, доктор наук Фортова Светлана Владимировна
Теоретическое и численное исследование разностных схем, применяющихся для расчета газодинамических течений с ударными волнами1984 год, кандидат физико-математических наук Алаев, Рахматилло Джураевич
Распространение длинноволновых возмущений в пространственно-неоднородном движении жидкости.2017 год, кандидат наук Ковтуненко Павел Викторович
Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Меражов, Икрам Завкидинович, 1998 год
Литература
[1] Блохин A.M., Доровский В.Н. Проблемы математического моделирования в теории многоскоростного континуума.// Новосибирск: СО РАН, 1993, — с. 186.
[2] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. // М: Наука, 1982. — с. 620.
[3] Гогосов В.В., Полянский В.А. Электрогидродинамика: задачи и приложения, основные уравнения, разрывные решения. // Итоги науки и техники: МЖГ. 1976. Т.Ю.—с.5-85.
[4] Stuetzer О.М. Magnetohydrodynamics and electrohydrodynamics // Phys. Fluids. 1962. V.5. N.5. —p.534-544.
[5] Сабарно P. В., Слонченко А. В. Опасности статического электричества // Киев, 1969.
[6] Захарченко В. В., Крячко Н. И. и др. Электризация жидкостей и ее предотвращение.// "Химия",1975
[7] Klinkenberg A., van der Minne J. L. Electrostatics in the petroleum industry. // Amsterdam e.a., Elsevier Publ. Co., 1958
[8] Имянитов И. M. Электризация самолетов в облаках и осадках.// Л. Гидрометиздат, 1970
[9] Stuetzer О.М. Ion drag pressure generation. // J. Appl. Phys., 1959, 30, V.7—984-994
[10] Бортников Ю. С., Рубашов И. Б. Эффективность электрогидродинамических преобразователей энергии. // Магнитн. гидродинамика, 1969, Т 2, 102-106—РЖМех, 1969, 12Б61.
и 12
13
14
15
16
17
18
19
20 21 22
Blokhin А. М. Strong Discontinuities in Magnetohydrodynamics. // N. Y.: Nova Science Publishers, 1993.
Седов JI. И. Механика сплошной среды // М: Наука, 1983. Т.1 — с. 528.
Ладыженская О. А. Краевые задачи математической физики // М: Наука, 1973.
Михайлов В. П. Дифференциальные уравнения в частных производных // М: Наука, 1976.
Ладыженская О. А. Математические проблемы вязкой несжимаемой жидкости // М: Наука, 1970.
Lax P.D. Hyperbolic Systems of Conservation Laws and the Mathematical Theory of Shock Waves. // CBMS Regional Conference Series in Applied Mathematics 11, Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 1973. p. 46.
Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. // М.: Наука, 1981. — с. 368.
Годунов С.К. Уравнения математической физики. // М.: Наука, — 1979. — с. 392.
Дьяков С.П. Об устойчивости ударных волн.— Журн. эксперим. и теор. физики, 1954, т. 27, N 3, с. 288 - 296.
Блохин A.M., Интегралы энергии и их приложения к задачам газовой динамики. // Новосибирск: Наука, 1986. — с. 240.
Мизохата С. Теория уравнений с частными производными. // М.: Мир, 1977. — с. 504.
Anile А.М, Pennisi S. Thermodynamic derivation of the hydro-dynamical model for charge transport in semiconductors. // Physical Review B, v.46, No.20, 1992, pp. 13186—13193.
Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. // М: Наука, 1973. — с. 400.
[24] Gardner C.L, Jerome J.W, Rose D.J. Numerical Methods for the Hydrodynamic Device Model: Subsonic Flow. // IEEE Transactions on computer-aided Design, v.8, No.5, 1989, pp. 501—507.
[25] Gardner C.L. Numerical Simulation of a Steady-State Electron Shock Wave in a Submicrometer Semiconductor Device. // IEEE Transactions on Electron Device, v.38, No.2, 1991, pp. 392—398.
[26] Борисов А.В, Карамышев В.Б. Метод численного исследования отрывных турбулентных течений. // Новосибирск: 1988. —48 с. (Препринт ИПТМ СО АН СССР, No.9 - 88).
[27] Пинчуков В.И. Адаптивные операторы сглаживания произвольного порядка. // Вычислительные технологии, труды ИВТ СО РАН, 1993, Т2, No.6, с. 232—245.
[28] Пинчуков В.И. Алгоритмы монотонизации схем повышенной точности для уравнений типа f£ + — 0 , к > 0. // Моделирование в механике, труды ИТПМ СО РАН, 1993, Т7(24), No.2, с. 150—159.
[29] Блохин A.M., Иорданиди А.А, Крымских Д.А. Численное исследование одной гидродинамической модели переноса заряда в полупроводниках. // Препринт N26. Новосибирск ИМ СО РАН, 1996. — с. 54.
[30] Блохин A.M., Иорданиди А.А, Меражов И.З. Численное исследование одной гидродинамической модели переноса заряда в полупроводниках. // Препринт N33. Новосибирск ИМ СО РАН, 1996. — с. 51.
[31] Блохин A.M., Трахинин Ю.В., Меражов И.З. Об устойчивости ударных волн в сплошной среде с объемным зарядом. // ПМТФ, 1998, т. 39, N 2, с. 29-39.
[32] A.M. Blokhin, I.Z. Merazhov, Yu.L. Trakhinin. Investigation on stability of electrohydrodynamic shock waves. // Le Matematiche, V. LII (1997)- Fasc. I. pp. 87-114.
[33] Меражов И.З. Об устойчивости ударных волн в сплошной среде с объемным зарядом. // Сибирская школа-семинар, посвященная 40-летию института гидродинамики: "Математические проблемы механики сплошных сред" 1997г. Новосибирск, Россия. СО РАН ИГиЛ, НГУ.
[34] Меражов И. 3. Исследование устойчивости электрогидродинамических ударных волн // Материалы XXXV международной научной студенческой конференции. Новосибирск: НГУ. 1996 С. 73-74.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.