Параллельная реализация каталитической реакции (CO + O 2 -> CO 2) с помощью асинхронного клеточного автомата
Автор: Шарифулина Анастасия Евгеньевна
Статья в выпуске: 47 (306), 2012 года.
Бесплатный доступ
Представлена параллельная реализация асинхронного клеточного автомата, моделирующего классическую реакцию гетерогенного катализа - окисление монооксида углерода на поверхности платины. В каталитических реакциях в неравновесных условиях могут возникать различные критические явления (автоколебания, хаос, гистерезис). Помимо фундаментального интереса изучение механизма протекания каталитических процессов на металлах платиновой группы имеет важное практическое применение, связанное с использованием в каталитических преобразователях для очистки выхлопных газов. Сложное поведение нелинейных каталитических систем наиболее эффективно может быть описано с помощью асинхронного клеточного автомата, который еще называют кинетическим методом Монте-Карло. КА-моделирование реакций гетерогенного катализа требует решения задач больших размеров, поэтому необходимо использовать эффективные алгоритмы распараллеливания. Распараллеливание асинхронных КА сопряжено с определёнными трудностями, которых можно избежать, преобразовав асинхронный КА в блочно-синхронный. Блочно-синхронный режим работы уменьшает стохастичность моделируемого процесса, поэтому необходимо проверить эквивалентность эволюций асинхронного и блочно-синхронного КА. Для этого проводится статистический анализ основных характеристик моделирования реакции окисления: бифуркационных диаграмм, функций распределения концентраций реагентов, математических ожиданий и дисперсий концентраций, полученных с помощью асинхронного и блочно-синхронного КА. Вычисленные характеристики свидетельствуют о совпадении эволюций асинхронного и блочно-синхронного КА. Кроме того, выполнено сравнение эволюций асинхронного и блочно-синхронного КА для моделей «ZGB» и «наивная диффузия». На основе полученных результатов делается вывод о приемлемой точности аппроксимации асинхронного режима блочно-синхронным для класса задач «реакция - диффузия». В статье представлены результаты распараллеливания блочно-синхронного КА и приведены оценки эффективности параллельной реализации.
Асинхронный клеточный автомат, блочно-синхронный режим функционирования, каталитическая реакция окисления, параллельная реализация
Короткий адрес: https://sciup.org/147160466
IDR: 147160466
Список литературы Параллельная реализация каталитической реакции (CO + O 2 -> CO 2) с помощью асинхронного клеточного автомата
- Wolfram S. New Kind of Science/S. Wolfram. -Wolfram Media, Inc. -2002/http://www.wolframscience.com/.
- Тоффоли Т. Машины клеточных автоматов/Т. Тоффоли, Н. Марголус -М.: Мир, 1991. -269 с.
- Ванаг В.К. Исследование пространственно распределенных динамических систем методами вероятностного клеточного автомата/В.К. Ванаг//Успехи физических наук. Обзоры актуальных проблем. -1999. -Т. 169, № 5. -С. 481-505.
- Imbihl R. Oscillatory Kinetics in Heterogeneous Catalysis/Ronald Imbihl and Gerhard Ertl//Chemical Reviews. -1995. -Vol. 95, № 3. -P. 697-733.
- Bandman O. Parallel Simulation of Asynchronous Cellular Automata Evolution./Bandman O.//Proceedings of ACRI-2006. In: Lecture Notes in Computer Science, Berlin: Springer. -2007. -Vol. 4173. -P. 41-47.
- Nedea S.V. Methods for parallel simulations of surface reactions/S.V. Nedea, J.J. Lukkien, A.P.J. Jansen, P.A.J. Hilbers//arXiv:physics/0209017. -2002. -Vol. 1.
- Elokhin V.I. Application of statistical lattice models to the analysis of oscillatory and autowave processes in the reaction of carbon monoxide oxidation over platinum and palladium surfaces/V.I. Elokhin, E.I. Latkin, A.V. Matveev, and V.V. Gorodetskii//Kinetics and Catalysis. -2003. -Vol. 44, № 5. -P. 692-700.
- Latkin E.I. Monte Carlo model of oscillatory CO oxidation having regard to the change of catalytic properties due to the adsorbate-induced Pt(100) structural transformation/E.I. Latkin, V.I. Elokhin, V.V. Gorodetskii//Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. -2001. -Vol. 166. -P. 23-30.
- Bandman O. Synchronous versus asynchronous cellular automata for simulating nanokinetics/Bandman O.//Bulletin of the Novosibirsk Computing Center, Comp. Science, Novosibirsk: NCC Publisher. -2006. № 25. -P. 1-12.
- Бандман, О.Л. Клеточно-автоматные модели пространственной динамики./О.Л. Бандман//Системная информатика -Методы и модели современного программирования. -2006. № 10. -С. 59-113.
- Ziff R.M. Kinetic phase transitions in irreversible surface-reaction model/R.M. Ziff, E. Gulari, Y. Bershad//Phys. Rev. Lett. -1986. -Vol. 56, № 24. -P. 2553.
