Динамика разреженных газов
В институте традиционно исследуются неравновесные процессы в разреженных газах и в сплошных потоках с большими градиентами параметров. Решаются проблемы переноса в смесях газов с внутренними степенями свободы, при расширении в вакуум, при взаимодействии высокоскоростных потоков с поверхностями, при радиационном, пучковом и электроразрядном воздействии на потоки и поверхности, при фазовых превращениях в потоках и на поверхностях. Основная сфера приложения результатов – аэрокосмическая техника и вакуумные технологии.
Основой фундаментальных исследований по динамике разреженного газа является уникальная экспериментальная база, включающая ряд вакуумных установок с объемом до 140 м3 с динамическим вакуумом до 10–6 мм рт. ст. Эти установки оснащены электронно-пучковыми, лазерными, молекулярно-пучковыми, спектроскопическими и масс-спектрометрическими средствами измерений.
Теоретические исследования включают в себя аналитические подходы и численные расчеты на основе полной системы уравнений Навье–Стокса, методы молекулярной динамики и прямого статистического моделирования. Наиболее важные достижения, полученные в Институте теплофизики, связаны с исследованиями процессов при расширении сверхзвуковых свободных струй: их структура; взаимодействие высокоэнергетичных электронов с атомами, молекулами и кластерами – малыми частицами новой фазы; неравновесные процессы в ударных волнах и при расширении в вакуум – колебательная, вращательная и поступательная релаксации; экспериментальное определение констант релаксационных процессов; образование и свойства кластеров, индуцированные процессы в них, взаимодействие с поверхностью.
Выполнен цикл исследований по моделированию процессов загрязнения поверхности Международной космической станции струями двигателей ориентации.
По результатам проведенных экспериментов совместно с РКК "Энергия" им. С.П. Королева разработаны специальные защитные устройства, которые были установлены космонавтами Ю. Онуфриенко и Д. Бершем в январе 2002 г. на двигатели ориентации служебного модуля МКС. Эти защитные устройства позволили существенно уменьшить загрязнения внешней поверхности станции.
Наряду с традиционными направлениями исследований происходит расширение приложений развитых методов в смежные области. Среди них:
эволюция высокотемпературных факелов, возникающих при мощном импульсном лазерном воздействии на различные материалы;
- образование и свойства наноструктур;
- плазмохимические процессы;
- процессы конденсации и испарения на поверхности;
- течения на минимальных турбулентных масштабах.
 |
 |
|
ВИКИНГ – крупномасштабная вакуумная газодинамическая установка с криогенной откачкой. |
Визуализация течения за кольцевым сверхзвуковым соплом с помощью электронного пучка. |
 |
 |
|
Взаимодействие струи гелия с диском. Плотность и линии тока. Число Маха М = 5. Число Кнудсена Kn = 0,01. Расчет методом Монте–Карло. |
Структура потока от четырехсопловой компоновки космического летательного аппарата. |
- Ярыгин В.Н., Ириходько В.Г., Ярыгин И.В., Герасимов Ю.И., Крылов А.Н. Газодинамические аспекты проблемы загрязнения Международной космической станции. Часть 1. Модельные эксперименты // Теплофизика и аэромеханика. 2003. Т. 10, № 2.
- Belikov A.E., Smith M.A. Branching and rate coefficients of the HBr+ + HBr reaction through the isotope-resolved REMPI technique // Int. J. Mass Spectr. 2005. V. 246.
- Булгакова Н.М., Плотников М.Ю., Ребров А.К. Моделирование стационарного расширения газа с поверхности сферы в вакуум // Изв. РАН. МЖГ. 1997. № 6.
- Nerushev O.A., Novopashin S.A. Rotational relaxation and transition to turbulence // Phys. Lett. A. 1997. V. 232.
- Broc A., Benedicts S.De., Dilecce G., Vig-liotti M., Sharafutdinov R.G. and Skovorodko P.A. Experimental and numerical investigation of an 02/NO supersonic free jet expansion // J. Fluid Mech. 2004. V. 500.
- Bochkarev A.A., Pukhovoy M.V. Condensation of zink and butanol vapors on a crvogenic surface // Vacuum. 1997. V. 48, N. 6.
- Chekmarev S.F. Effect of condensation heat on the condensation coefficient // AlChE J. 1996. V. 42. N. 9.
- Vostrikov A.A. et al. Ionization of water clusters by collision with surface // Z. Phys. D. 1997. V. 40.