Основные исполнители лаборатории
Заведующий лабораторией
Сергей Степанович Сажин
Профессор
Fellow of the Institute of Physics (Великобритания)
Ответственные исполнители
- Терехов Владимир Викторович, д.ф.-м.н., профессор РАН
- Чикишев Леонид Михайлович, к.ф.-м.н.
Ключевые члены коллектива
- Антонов Дмитрий Владимирович, к.ф.-м.н.
- Бильский Артур Валерьевич, к.ф.-м.н.
- Дулин Владимир Михайлович, д.ф.-м.н., профессор РАН
- Кузнецов Гений Владимирович, д.ф.-м.н., профессор
- Павленко Александр Николаевич, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН
- Пахомов Максим Александрович, д.ф.-м.н., профессор РАН
- Старинский Сергей Владимирович, д.ф.-м.н.
- Стрижак Павел Александрович, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН
- Терехов Виктор Иванович, д.т.н., профессор
Цели лаборатории
Решение актуальных проблем многофазной гидро – газодинамики и теплофизики многофазных систем, соответствующих мировому уровню и предполагающих проведение масштабных фундаментальных исследований, направленных на создание новых технологий:
Задачи проекта
Создание экспериментальных стендов с возможностью распыления (на уровне мили, микро, нано) очищаемой жидкости с содержанием твердых и жидких растворимых и нерастворимых примесей (на примере растворов, эмульсий и суспензий) при разных схемах ее впрыска и в условиях, приближенным к поточным камерам и замкнутым системам.
Разработка физических и математических моделей одиночных капель, малой группы, их большой совокупности, с дальнейшим переходом к спреям и аэрозолям с целью учета синергетических (коллективных, каскадных) эффектов. Применение авторских кодов, коммерческих пакетов, комбинированных моделей на базе численных и аналитических решений.
Разработка обобщенной научной теории взаимосвязанных физико-химических процессов с учетом фазовых превращений для прогнозирования условий интенсивной термической очистки воды от примесей. Математическая обработка результатов экспериментов. Их обобщение с применением размерных и безразмерных комплексов.
Разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований, подготовка макетов распылительных устройств, реакторов смешения, выпарных комплексов, концепций технологий, патентование технических решений по способам и устройствам, регистрация программ для ЭВМ с ключевыми программными кодами.
Создание элементов (форсунки, смешивающие устройства, доизмельчители, программно-аппаратные модули) адаптивных многофазных прецизионных распылительных систем для загрязненных жидкостей в виде растворов, эмульсий и суспензий.
Экспериментальные и теоретические исследования поведения струйно-капельного потока при распространении до поверхности от одиночного и многосоплового источников; экспериментальные и теоретические исследования процессов взаимодействия струйно-капельного потока с нагретой гладкой и модифицированной поверхностями, определяющие максимальный теплообмен; поиск, в том числе и с применением искусственного интеллекта на основе нейронных сетей, оптимальной структуры микро- и макромодифицированного слоя на теплонагруженной поверхности с целью увеличения критического теплового потока.
Создание эффективных систем охлаждения на основе струйно-спрейного орошения теплонагруженных моделей технологических поверхностей для поддержания нормального рабочего режима и предотвращения аварий в промышленных системах, содержащих элементы, выделяющие избыточное тепло.
Разработка эффективных методов охлаждения теплонапряженных поверхностей с помощью газокапельных незакрученных и вихревых пристенных струй (газокапельных завес).
Комплексное изучение процессов теплообмена, кризисных явлений при кипении и испарении перспективных диэлектрических жидкостей на микроструктурированных теплоотдающих поверхностях, создаваемых как методом селективного лазерного плавления/спекания (SLM/SLS), более широко известного как метод 3D-печати, так и на теплоотдающих поверхностях с сетчатыми покрытиями.
Задача описания процессов вторичного диспергирования жидкости. Сложность процессов вторичного диспергирования объясняется многообразием явлений, проявляющихся в условиях скоростной и/или тепловой неравновесности капли с газовым потоком, таких как деформация капель, внутреннее движение жидкости, вязкостные и капиллярные эффекты.
Определение критических режимных параметров многофазных потоков, образованных при совместном распыле несмешиваемых жидкостей на основе бесконтактных оптических методов диагностики компонент скорости дисперсной и несущей фаз, размер, форма и положение отдельных частиц; распределение частиц в потоке.
Разработка методов управления активной материей, включая магнитные активные материалы. Анализ коллективных явлений при движении капель в эмульсии на гладкой и пористой поверхностях, в том числе, при протекании химических реакций.
Создание каталитических микромоторов на основе марганца, для очистки сточных вод от органических красителей.
Планируемые результаты проекта
Прогностические математические модели тепломассопереноса и гидродинамики сложных по компонентному составу жидкостей (растворов, суспензий, эмульсий, в том числе и с бактериологическими примесями).
Размерные и безразмерные карты режимов поведения сложных по компонентному составу капель жидкостей в форме растворов, суспензий, эмульсий, в том числе и с бактериологическими примесями.
Элементы (например, форсунки, смешивающие устройства, доизмельчители, программные модули) адаптивных многофазных прецизионных распылительных систем для загрязненных жидкостей в виде растворов, эмульсий и суспензий.
Будет разработана адаптивная система выбора наиболее эффективного метода очистки воды от примесей с учетом мультикритериального анализа по всем основным категориям (например, экономика, энергетика, технологичность, длительность).
Оптимизированная технология термической очистки жидкости: испарительной и термоокислительной (выпаривание и окисление в пламени или потоке разогретых газов с требуемым компонентным составом для интенсификации тех или иных реакций, позволяющих отделять минерализованные примеси, бактерии), путем варьирования параметров распыления, теплообмена, гидродинамики.
Оптимальные режимы импульсного однофазного и двухфазного охлаждения больших поверхностей с применением методов интенсификации теплообмена, таких как применение в качестве рабочей жидкости смесей и различных добавок в базовую жидкость, модификация поверхности с помощью импульсного лазерного излучения.
Фундаментальные результаты по организации эффективного охлаждения теплонагруженных поверхностей энергетических машин и аппаратов с помощью газокапельных пристенных завес с использованием эффекта закрутки.
Итоговые рекомендации по эффективному использованию микроструктурированных капиллярно-пористых покрытий, созданных методом 3D-печати, и сетчатых покрытий (в том числе, с дополнительной микромодификацией их поверхности) для интенсификации теплообмена и повышения критического теплового потока при кипении и испарении перспективных диэлектрических жидкостей в горизонтальных слоях с различными параметрами по толщине слоя и значениями приведенного давления.
Научные основы для описания закономерностей движения активной материи, включающие анализ коллективных и транспортных свойств активной эмульсии, при протекании в системе химических реакций, движение магнитных наночастиц через межфазную поверхность жидкость-жидкость, активных объектов, в состав которых входят парамагнитные и ферромагнитные материалы, методы синтеза микромоторов на основе марганца с помощью плазменно-дугового метода.
Перспективная технология совместного распыла несмешиваемых жидкостей. Будут получены уникальные экспериментальные данные о пространственном распределении скорости дисперсной фазы в зависимости от режимных параметров газожидкостного турбулентного потока, типа и состава несмешивающихся жидкостей, распределения многокомпонентных капель по размерам.
Программные модули и приложения для моделирования процессов прогрева, испарения, распыления, вторичного измельчения очищаемой воды с содержанием примесей.
Образовательная программа по термической очистке жидкости.
Испытательные стенды для исследования разных методов термической очистки жидкостей.