Стандартные модели вычислительной гидродинамики не в состоянии отразить сложные явления, возникающие в атмосферных газах при сильных отклонениях от термодинамического равновесия. При этом эти эффекты неравновесности могут оказывать существенное влияние на тепловые потоки у поверхности летательных аппаратов, на скорость протекания плазмохимических реакций и в конечном счете на динамику полета.

Программный комплекс PAINeT создан исследователями СПбГУ, чтобы восполнить недостаток инструментов для моделирования процессов переноса при сильных отклонениях от термодинамического равновесия. Разработка позволяет рассчитывать коэффициенты вязкости, теплопроводности, диффузии в смесях нейтральных и ионизованных газов с учетом вращательных, колебательных, электронных степеней свободы в наиболее детальной постановке, когда каждое состояние внутренней энергии интерпретируется как отдельный химический сорт. Это позволяет моделировать системы в экстремальных условиях, например при полетах на высоких скоростях и входе в атмосферу планет, когда скорость протекания газодинамических процессов столь велика, что сравнима со скоростью физико-химических процессов на молекулярном уровне.

Преимущества разработанного программного комплекса заключаются в том, что с его помощью можно учесть неравновесные физико-химические эффекты при расчете коэффициентов переноса, внедрить наиболее современные модели потенциалов взаимодействия частиц с учетом изменения их размеров при возбуждении внутренних степеней свободы, использовать строгие алгоритмы кинетической теории, а также применить методы машинного обучения для ускорения вычислений.

В настоящий момент программный комплекс применяют в основном в исследовательских целях, например для моделирования сложных процессов переноса в простых задачах. Ограничением является вычислительная сложность точных алгоритмов расчета коэффициентов переноса при сильных отклонениях от равновесия.