№AP08855955

Руководитель проекта Рысбайұлы Болатбек, д.ф.-м.н., профессор

Цель проекта. Разработка методов нахождения комплекса теплофизических параметров многослойной среды не разрушающего контроля, доказательство устойчивости и сходимости разработанных методов, проведения измерительных работ чтобы определить исходных данных, составление и отладка программного продукта предназначенного для нахождения всех теплофизических параметров многослойного грунта и тестирования разработанных методов.

Актуальность. В настоящее время на строительный рынок часто поступают разнообразные новые строительные материалы. Зачастую теплофизические параметры этих материалов неизвестны. Или после долгой эксплуатации искусственных сооружений под действием ветра, влаги и солнца физические и химические свойства материалов составляющих конструкций изменяются. В следствие чего, все теплофизические параметры составных материалов становятся другими. В этих условиях долгосрочное достоверное прогнозирование процессов, происходящих в многослойных конструкциях, становится невозможным. Другой пример из практики; после деградационных явлений, происходящих в почво-грунте, происходят изменения физических, химических и биологических свойств почво-грунта. Многочисленные исследования указывают на изменение водного, теплового, и питательного режимов почвы. Значит, теплофизические характеристики почво-грунта меняются в зависимости от антропогенного воздействия человека на почву. Без знания названных характеристик оперативное прогнозирование переноса тепла в почве становится проблемной задачей. Поэтому разработка методов расчета всех теплофизических параметров многослойной среды и автоматизация нахождения этих параметров становится актуальной задачей.

Ожидаемые результаты:

• новые итерационные методы, предназначенные для нахождения всех теплофизических параметров многослойной среды;
• доказанные свойства устойчивости и сходимости разработанных итерационных методов решения обратной и некорректной задачи;
• исходные данные, полученные после проведения измерительных работ в рамках проекта, необходимые для разработанных методов расчета параметров многослойной среды;
• алгоритм решения обратной и некорректной задачи на электронно-вычислительных средах;
• решение обратной задачи с использованием машинного обучения, сравнение результата с результатом итерационного метода;
• созданный в рамках проекта программный комплекс, предназначенный для расчета всех теплофизических параметров многослойных материалов и почво-грунта;
• на базе измеренных данных тестируется разработанный программный комплекс;
• по результатам исследований будут опубликованы две статьи в журналах, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science, или имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50.
  
  

Достигнутые результаты:

• на основе квазилинейной и нелинейной модели переноса тепла разработаны новые итерационные методы, предназначенные для нахождения всех теплофизических параметров двухслойной среды;
• доказаны устойчивость и сходимость квазилинейных и нелинейных разностных задач, на которые базируется разработанные методы машинного обучения и итерационные методы решения обратной и некорректной задачи;
• созданы двухслойные комплексы состоящей из двух контейнеров с теплоизолированными боковыми гранями;
• контейнеры заполнили различными почво- грунтами и обеспечивали необходимым датчиками температуры почво-грунта и окружающей среды;
• для записи исходных данных программного продукта используется 32Gb micro-SD карта, отсчет времени через каждый 10 минут происходит благодаря RTC (Real-time clock) Arduino module, программное обеспечение всех устройств поддерживается на плате Arduino Mega;
• на основе разработанных методов разработаны алгоритм решения обратной и некорректной задачи на электронно-вычислительных средах;
• обратная некорректная задача была решена двумя способами: методом машинного обучения и итерационным методом;
• создан программный комплекс, предназначенный для расчета всех теплофизических параметров двухслойных материалов и почво-грунта;
• на базе измеренных данных тестировался разработанный программный комплекс, результаты: погрешность метода машинного обучения составило 1.2 – 4.1%, а погрешность итерационного метода 2.5 – 7%.
  
  

Список публикаций:

1. Rysbaiuly, B.; Sinitsa, A., Capsoni, A. Analytical Inverse Analysis Methodological Approach for Thermo-Physical Parameters Estimation of Multilayered Medium Terrain with Homogenized Sampled Measurements. Symmetry 2022, 14, 2248. (Scopus Процентиль – 93) DOI: https://doi.org/10.3390/sym14112248
2. Rysbaiuly B., Alpar S. Determination of thermophysical characteristics in a nonlinear inverse heat transfer problem. Applied Mathematics and Computation (Scopus Процентиль – 95) DOI https://doi.org/10.1016/j.amc.2022.127656
3. B. Rysbaiuly, S.D. Alpar, Experimental Data and the Nonlinear Inverse Problem of Heat Transfer, International Journal of Mathematics and Physics 13, No1 (2022), 4-18p, DOI: https://doi.org/10.26577/ijmph.2022.v13.i1.01
4. B. Rysbaiuly, S.D. Alpar, SOLUTION OF A NONLINEAR HEAT TRANSFER PROBLEM BASED ON EXPERIMENTAL DATA, Вестник КазНУ, 4-18p, DOI: https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v114.i2.014
5. Б. Рысбайулы, С.Д. Алпар, Нелинейная обратная задача нахождения теплофизических характеристик, Вестник НИА РК, 148-151p, DOI: https://doi.org/10.47533/2020.1606-146X.183
6. Rysbaiuly B., Karashbayeva Zh.O., METHODS OF FINDING DIFFUSION AND THERMAL CONDUCTIVITY COEFFICIENTS OF HEAT AND MASS TRANSFER, ВЕСТНИК КазНПУ им. Абая, серия «Физико-математические науки», No2(78), 2022 г., 67-68 стр, DOI: https://doi.org/10.51889/2022-2.1728-7901.08
7. B. Rysbaiuly, N.E. Mukhametkaliyeva, Iterative Method of Finding All Thermophysical Parameters of a Two-Layer Soil, Journal of Physics: Conference Series, DOI: 10.1088/1742-6596/2224/1/012041
8. B. Rysbaiuly, S. Alpar, Nonlinear Inverse Heat Transfer Problem, Journal of Physics: Conference Series, DOI:10.1088/1742-6596/2224/1/012039
9. Б. Рысбайұлы. Обратные задачи нелинейной теплопередачи: монография / Б. Рысбайұлы. – Алматы: Қазақ университеті, 2022. – 368 стр.

Патенты:

1. Рысбайұлы Б., Рыскелді М.М., Кульжанов А.А., Калимуллин А.Р. Патент №5855 на полезную модель «Способ определения местоположения источников радиоизлучения с помощью низкоорбитального малого космического аппарата».

Состав исследовательской группы: