Алтайский государственный университет совместно с Институтом вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук успешно завершили начальный этап амбициозного научного проекта, посвященного анализу тепломассообмена и динамике многокомпонентных сред. Работа, инициативно реализуемая под руководством доктора физико-математических наук Ольги Николаевны Гончаровой, была поддержана грантами РФФИ и РНФ, что позволило командному коллективу продвинуться на новый уровень в исследовании процессов, лежащих в основе современных жидкостных технологий.
Актуальность исследований для современных технологий
В последние годы область изучения многокомпонентных и многофазных систем приобретает все большее значение. Неуклонный рост интереса к этим процессам обусловлен масштабной востребованностью горячих и холодных технологий в космической технике, промышленности, энергетике, а также при создании высокотехнологичных устройств для микроэлектроники. К примеру, термические и массообменные процессы – критически важный элемент для разработки испарителей, конденсаторов, многоуровневых систем охлаждения и стабилизации температурного режима сложной техники.
Наличие фундаментальных знаний о гидродинамических и тепловых явлениях позволяет разрабатывать и совершенствовать технологии следующего поколения, отвечающие современным запросам промышленности и высокотехнологичного производства. Исследования АлтГУ и ИВМ СО РАН позволяют сделать шаг вперед в понимании и оптимизации процессов, протекающих при перемещении жидких и газообразных фаз.
Вклад РФФИ и РНФ в развитие отечественной науки
Финансовую и организационную поддержку нового проекта оказали Российский фонд фундаментальных исследований и Российский научный фонд, благодаря чему удалось не только провести теоретические разработки, но и реализовать сложнейшие эксперименты. Под руководством профессора Ольги Николаевны Гончаровой, специалиста в области дифференциальных уравнений АлтГУ, коллектив ученых смог создать уникальную математическую платформу для описания сложных процессов, протекающих на границе раздела фаз в жидкостных средах.
Научные результаты были широко представлены в международных журналах, где получившие признание статьи посвящены моделированию трехмерных термокапиллярных течений с учетом процессов испарения и конденсации в слабых гравитационных полях. Такое комплексное исследование дает мощный импульс развитию мировой науки по управлению многофазными потоками, значимость которых трудно переоценить.
Современные лабораторные возможности и новые горизонты экспериментов
Создание современной экспериментальной базы на базе Института теплофизики СО РАН стало ключевым достижением, открывшим дорогу фундаментальным исследованиям динамики горизонтальных жидкостных слоев в условиях испарения. Применение последних научных средств и оборудования позволило детально изучить малозаметные ранее явления и обеспечить получение достоверных данных для обоснования новых теоретических моделей.
Проведение комплексных испытаний подтвердило эффективность теоретических выкладок и помогло выработать рекомендации для прогнозирования результатов будущих экспериментов. Это особенно ценно для создания новых классов жидкостных технологий и совершенствования факторов, влияющих на поведение сложных многокомпонентных систем.
Математические достижения: симметрия и физическая достоверность
Ольга Николаевна Гончарова отмечает: одним из ключевых аспектов успешного моделирования конвективных потоков в жидкостях становится построение точных решений базовых уравнений. Опираясь на трехмерные решения знаменитых уравнений Навье–Стокса в приближении Обербека–Буссинеска, ученые изучили сложную структуру двухслойных течений жидкости и газа при испарении и конденсации.
Полученные трехмерные решения отличаются редкой точностью и сложностью построения, что придает их результатам особую ценность в международной научной практике. Итоговые решения представляют собой обобщение классической задачи Остроумова–Бириха, обладая групповой природой. Это гарантирует сохранение симметрии и позволяет моделям быть максимально близкими к реальным экспериментам. Симметрия является важнейшим условием физической реализуемости моделей в инженерной практике, а потому их применение способно значительно повысить достоверность при проектировании новых производственных процессов.
Пути оптимизации жидкостных технологий: от моделирования к практике
Совместная работа АлтГУ и ИВМ СО РАН позволила провести глубокую классификацию режимов потоков в системах типа «жидкость-газ», в том числе с примерами таких пар, как этанол-азот и HFE7100-азот при различных соотношениях толщин жидких и газовых слоев, как в условиях пониженной, так и привычной гравитации. Это открывает возможности для новых экспериментов и инжиниринговых разработок.
По итогам обширных исследований предложена обновленная математическая основа для дальнейших инженерных расчетов. В перспективе открываются пути к созданию более совершенных систем жидкостного охлаждения для сложных электронных устройств, установок термостабилизации, кристаллизации материалов высокого качества, а также совершенствования жидкослойных способов регистрации информации. Технологии, базирующиеся на этих достижениях, позволят значительно повысить эффективность отечественных производств и укрепить научный потенциал страны на мировом уровне.
Вдохновляющий вклад в будущее науки и техники
Работа коллектива Алтайского государственного университета и ИВМ СО РАН, при поддержке грантовых программ РНФ и РФФИ и благодаря лидерству Ольги Николаевны Гончаровой, стала примером успешной интеграции фундаментальной науки и инженерных экспериментов. Полученные результаты не только открывают новые горизонты для научных исследований, но и закладывают прочную базу для внедрения инновационных жидкостных технологий в российскую промышленность и космическую отрасль. Дальнейшие шаги ученых не только обещают расширение круга фундаментальных открытий, но и содействуют процветанию отечественной инженерной науки, что особенно актуально в условиях растущей глобальной конкуренции и курса на технологический суверенитет.
Источник: scientificrussia.ru
