<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">bsuir</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Доклады БГУИР</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Doklady BGUIR</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1729-7648</issn><issn pub-type="epub">2708-0382</issn><publisher><publisher-name>БГУИР</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">bsuir-3079</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Верификация численных методов и математической  модели,  разработанных  для  моделирования  миграции  радионуклидов в  природных  дисперсных средах</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Verification  of  numerical  methods and  mathematical  model  developed  for  simulation  of  radionuclides  migration  in  natural disperse  environments</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Шалькевич</surname><given-names>П. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shalkevich</surname><given-names>P. K.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Шалькевич Павел Константинович, к.т.н.,  доцент  кафедры энергоэффективных  технологий</p><p>220070, Минск, ул. Долгобродская, 23тел. +375-17-230-68-97</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Shalkevich Pavel Konstantsinovich. PhD,  Associate  Professor of Energy  Efficient  Technologies  Department</p><p>220070, Minsk, Dolgobrodskaya str., 23tel. +375-17-230-68-97</p></bio><email xlink:type="simple">pavel.shalkevich@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Кундас</surname><given-names>С. П.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kundas</surname><given-names>S. P.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>д.т.н., профессор</p><p>220070, Минск, ул. Долгобродская, 23тел. +375-17-230-68-97</p></bio><bio xml:lang="en"><p>D.Sci, Professor</p><p>220070, Minsk, Dolgobrodskaya str., 23tel. +375-17-230-68-97</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова Белорусского государственного университета</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>International Sakharov Environmental Institute of Belarusian State University</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>31</day><month>05</month><year>2021</year></pub-date><volume>19</volume><issue>3</issue><fpage>66</fpage><lpage>74</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Шалькевич П.К., Кундас С.П., 2021</copyright-statement><copyright-year>2021</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Шалькевич П.К., Кундас С.П.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Shalkevich P.K., Kundas S.P.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3079">https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3079</self-uri><abstract><p>Возможность моделирования вертикальной миграции радионуклидов успешно реализована в первых версиях программного комплекса (ПК) SPS (Simulation ofProcesses in Soil) и основывается на численном  решении  математической  модели  взаимосвязанного  тепловлагопереноса  в  одномерной постановке.  Однако  для  решения  задачи  комплексной  оценки  состояния  биосферы  в  условиях  ее радиационного загрязнения и лучшего приближения результатов моделирования к реальным процессам был разработан ПК SPS v2.0, в одном из программных модулей которого авторами реализована новая математическая модель, описывающая пространственную миграцию радионуклидов в почве (3D-модель). Численное  решение  этой  математической  модели  основано  на  применении  метода  конечных элементов (МКЭ)  и  выполнении  аналитической  аппроксимации  коэффициентов  теплопроводности и давления  жидкости,  что  обеспечивает  возможность  применения  при  моделировании  технологий параллельных  вычислений.  Математическая  модель,  используемая  в ПК SPS v2.0,  а  также  численные методы ее решения требуют верификации, которая и проводится в представленной статье. Верификация разработанных  численных  методов  проводилась  с  использованием  математического  ПК  Comsol Multiphysics  и  программного  модуля  в  составе  ПК SPS v2.0  с  последующим  сравнением  результатов расчетов.  Различие  в  результатах  расчетов,  полученных  с  помощью перечисленных  программных средств, составляет менее 5 %. Следовательно, численные методы программно реализованы корректно и обладают  точностью  решения,  сравнимой  с  численными  методами,  применяемыми  в  современных программных  пакетах  для  математического  моделирования.  Проведена  также  экспериментальная верификация  математической  модели,  для  которой  использовались  результаты  экспериментальных измерений  метеорологических  условий,  распределения  влаги  и  температуры  в  почве.  Эти  данные сравнивались с результатами моделирования, полученными в ПК SPSv2.0. Установлено, что погрешность расчета анализируемых параметров не превышает 5 %, что позволяет применять разработанную модель для решения практических задач врассматриваемой предметной области.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Simulation of radionuclides vertical migration was successfullyimplemented in the first versions of SPS  (Simulation  of  Processes  in  Soil)  software  and  was  based  on a  numerical  solution  of  the  mathematical model  of  interconnected  heat  and  moisture  transfer  in  one  dimension.  But  in  order  to  solve  problems  of  a comprehensive assessment of the state of the biosphere under radionuclides pollution and better approximation of simulation results to real processes, authors developed SPS v2.0 software. One of the modules of SPS v2.0 uses  new  mathematical  model  that  describes  the  spatial  migration  of  radionuclides  in  soil  (3D-model). The numerical solution of this mathematical model is based on the application of the finite element method and the  analytical  approximation  of  thermal  conductivity  and  liquid pressure  coefficients.  Such  approach  makes possible  to  use  parallel  computing  technologies  for  simulation. The  mathematical  model  used  in  SPS  v2.0, as well as numerical methods forsolving it, require verification, which is carried out in this article. Verification of the developed numerical methodswas carried out using ComsolMultiphysics software and SPS v2.0 module with the following comparison of the calculation results. The difference in the calculation results obtained using the listed software is less than 5 %, therefore, the numerical methods are correctly implemented in SPS v2.0 and have a solution accuracy comparable to the numerical methods used in modern software. For the mathematical model  verification  were  used  the  results  of  experimental  measurements  of  meteorological  conditions, distribution  of  moisture  and  temperature  in  soil,  which  were  compared  with  the  simulation  results  obtained in SPS v2.0. The comparison shows that the error in the calculation of the analyzed parameters does not exceed 5 %, which allows the developed model to be used for solvation of practical problems in the subject area.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>математическое моделирование</kwd><kwd>миграция радионуклидов</kwd><kwd>численныеметоды</kwd><kwd>метод  конечных элементов</kwd><kwd>верификация</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>mathematical  modeling</kwd><kwd>radionuclide  migration</kwd><kwd>numerical  methods</kwd><kwd>finite  element  method</kwd><kwd>heat  and moisture transfe</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кундас С.П., Гишкелюк И.А., Коваленко В.И., Хилько О.С. Компьютерное моделирование миграции загрязняющих веществ в природных дисперсных средах.Минск: МГЭИ им. А.Д. Сахарова; 2011.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kundas  S.P.,  Gishkelyuk  I.A.,  Kovalenko  V.I.,  Hilko  O.S.  [Computer simulation of the migration of pollutants in natural dispersed environments]. Minsk: Minsk: MGEI im. A.D. Saharova; 2011.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шалькевич П.К., Кундас С.П., Гишкелюк И.А. Технология параллельных вычислений задачи тепловлагопереноса в программном комплексе SPS. Информатика. 2015; 45.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shalkevich P.K., Kundas S.P., Gishkelyuk I.A. [Parallel computing technology for the heat and moisture transfer problem in the SPS software package]. Informatica=Informatics. 2015; 45.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Шалькевич П.К. Модель и алгоритмы для прогнозирования миграции радионуклидов в природных дисперсных средах с применением технологий параллельных вычислений. Минск: МГЭИ им. А.Д. Сахарова БГУ; 2019.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shalkevich P.K. [Model and algorithms for predicting the migration of radionuclides in natural dispersed media using parallel computing technologies]. Minsk: MGEI im. A.D. Saharova BGU; 2019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">ANSYS Theory Manual. ANSYS Release. SAS IP, Inc. 2001.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">ANSYS Theory Manual. ANSYS Release. SAS IP, Inc. 2001.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">COMSOL Multiphysics. User’s Guide. COMSOL AB. 2012.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">COMSOL Multiphysics. User’s Guide. COMSOL AB. 2012.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Москва: Мир; 1979.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Segerlind L. [Application of the finite element method]. Moscow: Mir, 1979.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гринчик Н.Н. Процессы переноса в пористых средах, электроплитах и мембранах. Минск: АНК ИТМО АНБ; 1991.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grinchik N.N. [Transfer processes in porous environment, electric stoves and membranes]. Minsk: ANK ITMO ANB; 1991.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кундас С.П., Гринчик Н.Н., Гишкелюк И.А., Адамович А.Л. Моделирование процессов термовлагопереноса в капиллярно-пористых средах.Минск: ИТМО НАН Беларуси; 2007.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kundas S.P., Grinchik N.N., Gishkelyuk I.A., Adamovich A.L. [Modeling the processes of thermal and moisture transfer in capillary-porous environment]. Minsk: ITMO NAN Belarusi; 2007.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Alvalá R.C.S., Gielow R., Rocha H.R., Freitas H.C., Lopes J.M., Manzi A.O., Randow C., Dias M.A.F.S., Cabral O.M.R., Waterloo M.J. Intradiurnal and seasonal variability of soil temperature, heat flux, soil moisture content, and thermal properties under forest and pasture in Rondônia. Journal of geophysical research. 2002;107(20).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alvalá R.C.S., Gielow R., RochaH.R., Freitas H.C., Lopes J.M., Manzi A.O., Randow C., Dias M.A.F.S., Cabral  O.M.R.,  Waterloo  M.J.  Intradiurnal  and  seasonal  variability  of  soil  temperature,  heat  flux,  soil moisture  content,  and  thermal  properties  under  forest  and  pasture  in  Rondônia. Journal of geophysical research. 2002;107(20).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Honari M., Ashrafzadeh A., Khaledian M., Vazifedoust M., Mailhol J.C. Comparison of HYDRUS-3D soil moisture simulations of subsurface drip irrigation with experimental observations in the South of France. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2017;143(7).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Honari M., Ashrafzadeh A., Khaledian M., Vazifedoust M., Mailhol J.C. Comparison of HYDRUS-3D soil moisture simulations of subsurface drip irrigation with experimental observations in the South of France. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2017;143(7).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
