<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Archiving and Interchange DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.4 20241031//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/archiving/1.4/JATS-archive-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" dtd-version="1.4" article-type="research-article" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Математическая физика и компьютерное моделирование</journal-title></journal-title-group><issn publication-format="print">2587-6325</issn><issn publication-format="electronic">2587-6902</issn></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.15688/mpcm.jvolsu.2023.3.3</article-id><article-categories><subj-group><subject>Other</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="ru">Компьютерное моделирование процесса переноса тепла в неоднородных средах с использованием технологий параллельных вычислений</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Computer Simulations of the Heat Transfer Process in Heterogeneous Media Using Parallel Computing Technologies</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Прохоров</surname><given-names>Станислав Алексеевич</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Prokhorov</surname><given-names>Stanislav A.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>prim-211_335925@volsu.ru</email></contrib><contrib contrib-type="author"><name-alternatives><name xml:lang="ru"><surname>Тен</surname><given-names>Анастасия Валерьевна</given-names></name><name xml:lang="en"><surname>Ten</surname><given-names>Anastasiya V.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff1"/><email>ten.anastasia@volsu.ru</email></contrib><aff-alternatives id="aff1"><aff xml:lang="en"><institution>Volgograd State University (Volgograd, Russian Federation)</institution></aff><aff xml:lang="ru"><institution>Волгоградский государственный университет (Волгоград, Российская Федерация)</institution></aff></aff-alternatives></contrib-group><pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2023-10-24"><day>24</day><month>10</month><year>2023</year></pub-date><volume>26</volume><issue>3</issue><fpage>26</fpage><lpage>34</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2023-06-28"><day>28</day><month>06</month><year>2023</year></date><date date-type="accepted" iso-8601-date="2023-08-06"><day>06</day><month>08</month><year>2023</year></date></history><permissions><license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/" xlink:title="CC BY-NC 4.0"><ali:license_ref>https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/</ali:license_ref><license-p xml:lang="ru">CC BY-NC 4.0</license-p></license></permissions><abstract xml:lang="ru"><p>В данной работе изучено двумерное линейное уравнение теплопроводности с дробным порядком дифференцирования и составлен вычислительный алгоритм его численного решения. Дробные производные по пространству и времени представлялись при помощи определения Римана — Лиувилля, а для их аппроксимации использовалось определение Грюнвальда — Летникова со сдвигом. На основе вычислительного алгоритма написана программа для компьютерного моделирования процесса теплообмена в неоднородных средах. Разработана версия программы с использованием технологии параллельных вычислений OpenMP. Компьютерная модель протестирована рядом численных экспериментов по решению задачи распространения теплового импульса. По результатам моделирования было изучено влияние дробного порядка дифференцирования на процесс теплопроводности</p></abstract><abstract xml:lang="en" abstract-type="summary"><p>This paper studied a two-dimensional linear equation of thermal conductivity with a fractional differentiation order and compiled a computational algorithm for its numerical solution. Fractional derivatives in space and time were represented using the Riemann—Liouville definition, and the Grunwald— Letnikov definition with a shift was used to approximate them. Based on the computational algorithm, a program was written for computer modeling of the heat exchange process in heterogeneous environments. A version of the program has been developed using OpenMP parallel computing technology. The computer model has been tested by a number of numerical experiments to solve the problem of thermal momentum propagation. Based on the modeling results, the effect of fractional differentiation order on the thermal conductivity process was studied.</p></abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>компьютерное моделирование</kwd><kwd>разностные схемы</kwd><kwd>дробное дифференцирование</kwd><kwd>уравнение теплопроводности</kwd><kwd>параллельные вычисления</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>computer modeling</kwd><kwd>difference schemes</kwd><kwd>fractional differentiation</kwd><kwd>thermal equation</kwd><kwd>parallel calculations</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><ref id="ref1"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Бейбалаев, В. Д. Численный метод решения начально-граничной задачи для двумерного уравнения теплопроводности с производными дробного порядка / В. Д. Бейбалаев, М. Р. Шабанова // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Физико-математические науки». — 2010. — Т. 5, № 1. — C. 244–251.</mixed-citation></ref><ref id="ref2"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Евсеев, К. Б. Моделирование упругих свойств винтовых пружин, выполненных с применением полимерных композиционных материалов, в системах подрессоривания колесных машин с учетом реологических свойств / К. Б. Евсеев, А. Б. Карташов // Журнал автомобильных инженеров. — 2017. — № 3. — C. 17–21.</mixed-citation></ref><ref id="ref3"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Журавков, М. А. О некоторых направлениях применения аппарата дробного дифференцирования в механике / М. А. Журавков, Н. С. Романова // Аналитические методы анализа и дифференциальных уравнений. — 2018. — № 1. — C. 33–34.</mixed-citation></ref><ref id="ref4"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Карпова, А. П. Аппарат дробного интегро-дифференцирования / А. П. Карпова. — Минск : Изд-во БГУ, 2019. — 45 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref5"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Корчагина, А. Н. Численное моделирование диффузионных процессов в фрактальных средах / А. Н. Корчагина, Л. А. Мержиевский // Ученые записки Забайкальского государственного университета. Серия: Физика, математика, техника, технология. — 2013. — № 3. — C. 53–59.</mixed-citation></ref><ref id="ref6"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Мержиевский, Л. А. Численное моделирование распространения теплового импульса во фрактальной среде / Л. А. Мержиевский, А. Н. Корчагина // Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика. — 2011. — Т. 9, №2. — C. 126–146.</mixed-citation></ref><ref id="ref7"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">О численном решении начально-краевых задач для уравнения конвекциидиффузии с дробной производной Капуто и нелокальным линейным источником / А. М. Апеков, М. Х. Бештоков, З. В. Бештокова, З. В. Шомахов // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2020. — Т. 23, № 4. — C. 35–50. — DOI: https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2020.4.4</mixed-citation></ref><ref id="ref8"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Псху, А. В. Уравнения в частных производных дробного порядка / А. В. Псху. — М. : Наука, 2005. — 199 c.</mixed-citation></ref><ref id="ref9"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Учайкин, В. В. О дробно-дифференциальном уравнении Лиувилля как уравнении динамики открытой системы / В. В. Учайкин // Прикладная математика &amp; Физика. — 2014. — Т. 37, № 25 (196). — C. 58–67.</mixed-citation></ref><ref id="ref10"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Chandra, R. Parallel Programming in OpenMP / R. Chandra. — San Francisco : Morgan Kaufmann Publishers, 2001. — 112 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref11"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Hilfer, R. Applications of Fractional Calculus in Physics / R. Hilfer. — London : World Scientific, 2000. — 429 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref12"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Machado, J. A. The Bouncing Ball and the Gr¨ unwald − Letnikov Definition of Fractional Derivative / J. A. Machado // Fractional Calculus and Applied Analysis. — 2021. — Vol. 24, № 4. — P. 1003–1014.</mixed-citation></ref><ref id="ref13"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Rahman, N. A. Solving Fuzzy Fractional Differential Equations Using Fuzzy Sumudu Transform / N. A. Rahman, M. Z. Ahmad // Nonlinear Sci. Appl. — 2017. — Vol. 10, № 5. — P. 2620–2632.</mixed-citation></ref><ref id="ref14"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="ru">Rossikhin, Y. A. Applications of Fractional Calculus to Dynamic Problems of Linear and Nonlinear Hereditary Mechanics of Solids / Y. A. Rossikhin, M. V. Shitikova // The American Society of Mechanical Engineers. — 1997. — Vol. 50, № 5. — P. 15–67.</mixed-citation></ref><ref id="ref15"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Beybalaev V.D., Shabanova M.R. Chislennyy metod resheniya nachalno-granichnoy zadachi dlya dvumernogo uravneniya teploprovodnosti s proizvodnymi drobnogo poryadka [Numerical Method of Solving the Initial-Boundary Problem for a Two-Dimensional Equation of Thermal Conductivity with Derivatives of Fractional Order]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya «Fiziko-matematicheskie nauki», 2010, vol. 5, no. 1, pp. 244-251.</mixed-citation></ref><ref id="ref16"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Evseev K.B., Kartashov A.B. Modelirovanie uprugikh svoystv vintovykh pruzhin, vypolnennykh s primeneniem polimernykh kompozitsionnykh materialov, v sistemakh podressorivaniya kolesnykh mashin s uchetom reologicheskikh svoystv [Modeling of Elastic Properties of Helical Springs Made with the Use of Polymer Composite Materials in Systems for Pressing Wheel Machines Taking into Account Rheological Properties]. Zhurnal avtomobilnykh inzhenerov, 2017, no. 3, pp. 17-21.</mixed-citation></ref><ref id="ref17"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Zhuravkov M.A., Romanova N.S. O nekotorykh napravleniyakh primeneniya apparata drobnogo differentsirovaniya v mekhanike [About Some Directions of Application of Fractional Differentiation Apparatus in Mechanics]. Analiticheskie metody analiza i differentsialnykh uravneniy, 2018, no. 1, pp. 33-34.</mixed-citation></ref><ref id="ref18"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Karpova A.P. Apparat drobnogo integro-differentsirovaniya [Fractional IntegroDifferentiation Apparatus]. Minsk, Izd-vo BGU, 2019. 45 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref19"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Korchagina A.N., Merzhievskiy L.A. Chislennoe modelirovanie diffuzionnykh protsessov v fraktalnykh sredakh [Numerical Modeling of Diffusion Processes in Fractal Media]. Uchenye zapiski Zabaykalskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Fizika, matematika, tekhnika, tekhnologiya, 2013, no. 3, pp. 53-59.</mixed-citation></ref><ref id="ref20"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Merzhievskiy L.A., Korchagina A.N. Chislennoe modelirovanie rasprostraneniya teplovogo impulsa vo fraktalnoy srede [Numerical Modeling of Thermal Momentum Propagation in Fractal Medium]. Sovremennye problemy prikladnoy matematiki i mekhaniki: teoriya, eksperiment i praktika, 2011, vol. 9, no. 2, pp. 126-146.</mixed-citation></ref><ref id="ref21"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Apekov A.M., Beshtokov M.Kh., Beshtokova Z.V., Shomakhov Z.V. O chislennom reshenii nachalno-kraevykh zadach dlya uravneniya konvektsii-diffuzii s drobnoy proizvodnoy Kaputo i nelokalnym lineynym istochnikom [On the Numerical Solution of InitialEdge Problems for Convection-Diffusion Equation with Caputo Fractional Derivative and Non-Local Linear Source]. Matematicheskaya fizika i kompyuternoe modelirovanie [Mathematical Physics and Computer Simulation], 2020, vol. 23, no. 4, pp. 35-50. DOI: https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2020.4.4</mixed-citation></ref><ref id="ref22"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Pskhu A.V. Uravneniya v chastnykh proizvodnykh drobnogo poryadka [Partial Differential Equations of Fractional Order]. Moscow, Nauka Publ., 2005. 199 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref23"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Uchaykin V.V. O drobno-differentsialnom uravnenii Liuvillya kak uravnenii dinamiki otkrytoy sistemy [On the Fractional-Differential Liouville Equation as the Open System Dynamics Equation]. Prikladnaya matematika &amp; Fizika, 2014, vol. 37, no. 25 (196), pp. 58-67.</mixed-citation></ref><ref id="ref24"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Chandra R. Parallel Programming in OpenMP. San Francisco, Morgan Kaufmann Publishers, 2001. 112 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref25"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Hilfer R. Applications of Fractional Calculus in Physics. London, World Scientific, 2000. 429 p.</mixed-citation></ref><ref id="ref26"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Machado J.A. The Bouncing Ball and the Gr¨ unwald − Letnikov Definition of Fractional Derivative. Fractional Calculus and Applied Analysis, 2021, vol. 24, no. 4, pp. 1003-1014.</mixed-citation></ref><ref id="ref27"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Rahman N.A., Ahmad M.Z. Solving Fuzzy Fractional Differential Equations Using Fuzzy Sumudu Transform. Nonlinear Sci. Appl, 2017, vol. 10, no. 5, pp. 2620-2632.</mixed-citation></ref><ref id="ref28"><mixed-citation publication-type="other" xml:lang="en">Rossikhin Y.A., Shitikova M.V. Applications of Fractional Calculus to Dynamic Problems of Linear and Nonlinear Hereditary Mechanics of Solids. The American Society of Mechanical Engineers, 1997, vol. 50, no. 5, pp. 15-67. ISSN 2587</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
