vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"vsgiu-330Research ArticleАвтоматизация и информационные технологииAutomation and information technologyИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ «ПЕРВЫХ ПРИНЦИПОВ» И СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ГИББСАSIMULATION ON THE BASIS OF “FIRST PRINCIPLES” AND THE STATISTICAL MECHANICS OF GIBBSЦымбалВ.П.TsymbalV.P.vestnicsibgiu@sibsiu.ruСеченовП.А.SechenovP.A.vestnicsibgiu@sibsiu.ruРыбенкоИ.А.RybenkoI.A.vestnicsibgiu@sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202028072025025467Copyright © Цымбал В., Сеченов П., Рыбенко И., 20252025Цымбал В., Сеченов П., Рыбенко И.Tsymbal V., Sechenov P., Rybenko I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/330

Рассматривается понятие имитационного моделирования, в том числе на основе «первых принципов» и метода Монте-Карло. Дан анализ развития термодинамической теории и молекулярной кинетики на основе трудов Л. Больцмана, Д. Максвелла, Дж.В. Гиббса. Представлено сжатое изложение основных идей статистической механики Гиббса и выводы соотношений между энергией, энтропией и работой на основе статистических ансамблей. Показана аналогия между этими уравнениями и классическими (макроскопическими) уравнениями термодинамики.  Рассмотрены основные принципы создания имитационной модели гравитационного сепаратора в колонном струйно-эмульсионном реакторе. Представлен алгоритм реализации задач имитационного моделирования и удобный графический интерфейс. Приведены примеры компьютерных экспериментов на имитационной модели, имеющие важное значение для управления содержанием углерода в металле.

 

The concept of simulation modeling is considered, including on the basis of “first principles” and the Monte Carlo method. The analysis of the development of thermodynamic theory and molecular kinetics is based on the works of L. Boltzmann, D. Maxwell, and J.W. Gibbs. A concise statement of the main ideas of Gibbs statistical mechanics and the derivation of the relations between energy, entropy and work based on statistical ensembles is presented. An analogy between these equations and the classical (macroscopic) equations of thermodynamics is shown. The basic principles of creating a simulation model of a gravity separator in a column jet-emulsion reactor are considered. An algorithm for implementing simulation tasks and a user-friendly graphical interface is presented. Examples of computer experiments on a simulation model, which is important for controlling the carbon content of a metal, are given.

имитационная модель«первые принципы»статистическая механикаГиббсэнергияэнтропияэнтальпияалгоритмsimulation model“first principles”statistical mechanicsGibbsenergyentropyenthalpyalgorithmReferencesНовожилов Б.В. Метод Монте-Карло. – М.: Знание, 1966. – 48 с.Новожилов Б.В. Метод Монте-Карло. – М.: Знание, 1966. – 48 с.Dunn W.L., Shultis J.K. Exploring Monte Carlo methods. – Elsevier, 2011. – 398 p.Dunn W.L., Shultis J.K. Exploring Monte Carlo methods. – Elsevier, 2011. – 398 p.Kroese D.P., Taimre T., Botev Z.I. Handbook of Monte Carlo methods. – Wiley, 2011. – 743 p.Kroese D.P., Taimre T., Botev Z.I. Handbook of Monte Carlo methods. – Wiley, 2011. – 743 p.Kroese D.P., Brereton T., Taimre T. et al. Why the Monte Carlo method is so important today // WIREs Comput Stat 6. 2014. P. 386 – 392.Kroese D.P., Brereton T., Taimre T. et al. Why the Monte Carlo method is so important today // WIREs Comput Stat 6. 2014. P. 386 – 392.Tsymbal V.P., Sechenov P.A., Olennikov A.A., Pavlov V.V. Simulation modeling of interaction of dispersed particles in the jet-emulsion unit and gravitational separation // Chernye Metally. 2016. No. 6 (1014). P. 54 – 60.Tsymbal V.P., Sechenov P.A., Olennikov A.A., Pavlov V.V. Simulation modeling of interaction of dispersed particles in the jet-emulsion unit and gravitational separation // Chernye Metally. 2016. No. 6 (1014). P. 54 – 60.Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic. – СПб: БХИ-Петербург, 2009. – 400 с.Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic. – СПб: БХИ-Петербург, 2009. – 400 с.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хао-са: Новый диалог человека с природой / Пер. с англ. – М.: Прогресс, 1986. – 432 с.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хао-са: Новый диалог человека с природой / Пер. с англ. – М.: Прогресс, 1986. – 432 с.Gibbs J. Willard. Elementare grundlagen der statistischen mechanik entwickelt besonders im hinblick auf rationelle begrunding der ter-modinamik. – Deutsch bearbeitet von Zermelo, Leipzig, A. Barth, 1905.Gibbs J. Willard. Elementare grundlagen der statistischen mechanik entwickelt besonders im hinblick auf rationelle begrunding der ter-modinamik. – Deutsch bearbeitet von Zermelo, Leipzig, A. Barth, 1905.Гиббс Дж.В. Основные принципы статисти-ческой механики, излагаемые со специаль-ным применением к рациональному описа-нию термодинамики / Пер. с англ. К.В. Ни-кольского. – М.-Л.: ОГИЗ, Государственное издательство технической литературы, 1946. – 203 с.Гиббс Дж.В. Основные принципы статисти-ческой механики, излагаемые со специаль-ным применением к рациональному описа-нию термодинамики / Пер. с англ. К.В. Ни-кольского. – М.-Л.: ОГИЗ, Государственное издательство технической литературы, 1946. – 203 с.Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистиче-ская механика. – М.: Наука, 1982. – 584 с.Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистиче-ская механика. – М.: Наука, 1982. – 584 с.Цымбал В.П. Математическое моделирова-ние сложных систем в металлургии: учеб-ник для вузов. – Кемерово-Москва: Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат – АСТШ, 2006. – 431 с.Цымбал В.П. Математическое моделирова-ние сложных систем в металлургии: учеб-ник для вузов. – Кемерово-Москва: Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат – АСТШ, 2006. – 431 с.Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. – М.: Мир, 1979. – 512 с.Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. – М.: Мир, 1979. – 512 с.Процесс СЭР – металлургический струйно-эмульсионный реактор / В.П. Цымбал, С.П. Мочалов, И.А. Рыбенко и др. – М.: «Метал-лургиздат», 2014. – 488 с.Процесс СЭР – металлургический струйно-эмульсионный реактор / В.П. Цымбал, С.П. Мочалов, И.А. Рыбенко и др. – М.: «Метал-лургиздат», 2014. – 488 с.Tsymbal V.P., Mochalov S.P., Shakirov K.M. Controlling the composition of the metal in the direct reduction of dust-sized materials and waste products in a jet-emulsion reactor // Springer Journals. 2015. Vol. 59. P. 119 – 125.Tsymbal V.P., Mochalov S.P., Shakirov K.M. Controlling the composition of the metal in the direct reduction of dust-sized materials and waste products in a jet-emulsion reactor // Springer Journals. 2015. Vol. 59. P. 119 – 125.Metropolis N., Ulam S. The Monte Carlo method // J. Amer. statistical assoc. 1949. Vol. 44. No. 247. P. 335 – 341.Metropolis N., Ulam S. The Monte Carlo method // J. Amer. statistical assoc. 1949. Vol. 44. No. 247. P. 335 – 341.Сеченов П.А. Математическое моделирование диссипативных структур в колонном струйно-эмульсионном реакторе: Автореф. дис… канд. техн. наук: 05.13.18. – Новокузнецк: 2018. – 17 с.Сеченов П.А. Математическое моделирование диссипативных структур в колонном струйно-эмульсионном реакторе: Автореф. дис… канд. техн. наук: 05.13.18. – Новокузнецк: 2018. – 17 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.