Разработки ИТ СО РАН стимулируют российскую промышленность.
Технологическое лидерство лозунгами не завоюешь: хорошая технология, как капризный цветок, требует долгого и тщательного выращивания. И некоторым академическим институтам удалось создать для этого настоящую экосистему. За последние десять лет ученые
– Премия Правительства РФ 2024 года была присуждена за развитие научных основ теплогидравлики реакторных установок нового поколения, – рассказывает директор ИТ СО РАН академик РАН
Преодолеть «долину смерти».
Давнее взаимодействие ИТ СО РАН с крупными корпорациями сегодня выходит на новый уровень.
– С удовольствием поделюсь с «Поиском» новостью: вышли поручения Правительства РФ о создании в нашем институте научно-инжинирингового центра, якорные индустриальные партнеры – Росатом и ОДК, – продолжает академик Маркович. – Предусмотрено строительство нового корпуса. Мы этот центр рассматриваем в качестве первой очереди большого комплекса аэродинамики и энергетики, давно уже запланированного как часть программы «Академгородок 2.0». В новом здании будет компактная «начинка» – комплекс экспериментальных стендов, направленный на преодоление печально известного интервала в разработках – «долины смерти» (проходит через уровни готовности технологий от 4-го до 7-го).
Планируем расширить и мощность нашего вычислительного кластера с 300 терафлопс до петафлопного масштаба. Задачи инжинирингового центра как раз требуют массового суперкомпьютерного моделирования – сегодня это неотъемлемая часть развития новых технологий.
Чтобы начать вложения в инфраструктуру центра уже сейчас, подали заявки на ряд конкурсов Минобрнауки РФ.
С корпорацией «ТВЭЛ» из системы Росатома начинаем проект по анодным материалам для аккумуляторов на основе плазмохимических технологий. Обсуждаем совместные проекты с компанией Huawei, планируются новые работы с АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф.Решетнева», другими организациями Росатома, Ростеха, Роскосмоса. Исторически сложилось, что наш институт отличается широтой тематик, это и позволяет браться за задачи мультидисциплинарного характера. С другой стороны, уже понимаем, что не хватает сил и людей. Поэтому в планах расширение кадрового состава института.
– Но без фундаментальных основ не вырастить ни одну технологию. Какие задачи ставите в этой области?
– Конечно, фундаментальные исследования – это тот базис, который позволяет поддерживать институту и его сотрудникам высокий мировой уровень. Помимо государственного задания нам удается завоевывать довольно большое количество грантов. Традиционно Институт теплофизики активно участвует в программе мегагрантов. В рамках такого проекта под руководством нашего бывшего соотечественника профессора
Финансовое состояние стабильное – уже более пяти лет оборот института превышает миллиард рублей. Ожидаем, что в 2025 году он существенно возрастет.
– Проект научно-инжинирингового центра предусматривает увеличение персонала на 100 человек. Как планируете привлекать молодежь?
– Увеличение не мгновенное, а в перспективе – до 2030 года. Держим связь с нашими базовыми кафедрами. Так, кафедра Института теплофизики в НГУ лидирует по популярности среди студентов, но ежегодный набор – всего13 человек. Поэтому мы активно работаем и с другими университетами: НГТУ, СФУ, ТПУ. Стараемся стимулировать молодых ученых. Есть льготные условия «внутриинститутского налогообложения»: все накладные расходы по молодежным грантам возвращаем Совету молодых ученых для обеспечения участия в научных конференциях, субсидий на аренду жилья.
Молодежь должна видеть карьерную траекторию, поэтому в 70 лет у нас завлабы покидают свой пост, и сейчас больше половины руководителей подразделений моложе 45 лет. В рамках нацпроекта созданы 5 молодежных лабораторий. Конечно, вопрос удержания молодых ученых, особенно в условиях Сибири, не решить силами одного института. Нужны программы по организации преимуществ для тех, кто хочет себя реализовать в наших суровых условиях. Как это было при создании Сибирского отделения Академии наук в 1950-1960-е годы.
С ориентацией на практику.
Реально способствуют достижению технологического лидерства крупные научные проекты. Они охватывают широкий спектр междисциплинарных проблем – от методов управления реагирующими многофазными потоками в малоэмиссионных и детонационных камерах сгорания газотурбинных установок и двигателей до создания новых эффективных и безопасных технологий с использованием низкоуглеродных видов топлива и горючих отходов. ИТ СО РАН выступает головной организацией для 13 академических институтов и университетов, а координирует работу 20 научных групп заместитель директора института, доктор физико-математических наук
– По результатам реализации проекта издана монография «Процессы горения и детонации в перспективных энерготехнологиях» под нашей с Д.Марковичем редакцией. Ориентация сформированного научного задела на решение практических задач предприятий, участвующих в реализации нацпроектов «Промышленное обеспечение транспортной мобильности», «Новые атомные и энергетические технологии» (ОДК, ЦИАМ, РФЯЦ – ВНИИТФ, ВНИИПО МЧС России и др.), позволила получить грант Миннауки на развитие этих работ в 2024-2026 годах.
Наша
Среди исследователей – мои ученики, недавние дипломники и аспиранты, получившие ученые степени и в 2021 году удостоенные молодежной премии Правительства РФ. В фокусе внимания – исследования на огневых стендах до 5 МВт в условиях, приближенных к реальным, и разработка методов управления энергетическим оборудованием на основе искусственного интеллекта.
Энергия кипения.
Вклад в теплофизику всемирно известной научной школы Самсона Кутателадзе, имя которого носит институт, – гидродинамическая теория кризисов кипения. Заведующий
– В наши дни наблюдается своеобразный «ренессанс» в исследованиях теплообмена, переходных процессов и кризисных явлений при кипении и испарении, – считает А.Павленко. – Миниатюризация электронных устройств требует нестандартных способов охлаждения. Чтобы устройство работало быстро, на плате нужно расположить как можно больше элементов и как можно ближе друг к другу, при этом тепловые нагрузки сильно возрастают. Но температура чипов не должна превышать 85 оС.
Мы проводим целый комплекс исследований по интенсификации теплообмена в режимах высокоэффективного кипения и сверхинтенсивного испарения с использованием новейших методов микро/наномодифицирования теплоотдающих поверхностей в сочетании с активными способами управления потоками диэлектрической жидкости – при спрейном/струйном орошениях, при пленочных течениях и в тонких слоях жидкостей – для чего разработали новый экспериментальный стенд. В итоге научились отводить от поверхности рекордные потоки тепла. Ведем ряд проектов с российскими и зарубежными партнерами по созданию высокоэффективных и энергетически выгодных систем охлаждения и термостабилизации оборудования различного назначения.
Другая задача – поиск способов интенсификации теплообмена при фазовых переходах с испарением охлаждающей жидкости для создания крайне востребованной в мире технологии ожижения природного газа в спиральных теплообменниках. В подобных установках – километры труб, внутри которых течет природный газ. Учитывая масштаб установок, любая интенсификация теплообмена позволит значительно снизить затраты.
Участвуем мы и в создании современной космической техники в рамках гранта Минобрнауки РФ «Исследование процессов испарения жидкостей в топливных баках ракет-носителей для повышения экологической безопасности и экономической эффективности ракет-носителей с жидкостными ракетными двигателями» (с ОмГТУ). При реализации крупного научного проекта «Разработка фундаментальных основ расчета и принципов построения энергетических систем, основанных на эффекте сверхпроводимости» (с МАИ) необходимо было разработать системы охлаждения для оборудования с использованием высокотемпературных сверхпроводников. И мы с этим также успешно справились.
Нюансы пламени.
Камеры сгорания двигателей и энергетических установок – наиболее сложные для численного моделирования узлы, поскольку в них протекают различные физические и химические процессы, включающие распыл, испарение и горение топлива. Причем все это, как правило, происходит в закрученных турбулентных потоках под влиянием крупномасштабных вихревых структур.
Профессор РАН В.Дулин в лаборатории. Фото предоставлено В.Дулиным.
– Наша лаборатория специализируется на физическом и математическом моделировании потоков жидкости и газа в энергетическом оборудовании. Сюда входят и оптическая диагностика процессов, и трехмерное численное моделирование с акцентом на управлении потоками, – поясняет заведующий
Оптические методы исследования многофазных реагирующих потоков стали визитной карточкой ИТ СО РАН. Достаточно упомянуть метод цифровой трассерной визуализации (Particle Image Velocimetry, PIV) для бесконтактного измерения скорости в потоках, за который получена премия Правительства РФ 2014 года.
Среди приоритетных прикладных направлений лаборатории в настоящее время – научное сопровождение опытно-конструкторских работ по авиадвигателям семейства ПД и другим перспективным изделиям, энергетическим аппаратам.
Сейчас для гражданской авиации крайне актуальной является задача снижения эмиссионных характеристик двигателей по выбросам оксидов азота и сажи. Один из путей решения – реализация камеры сгорания т. н. бедного типа с избытком воздуха в основной зоне, но при этом, как правило, горение пламени подвержено влиянию термоакустической неустойчивости, могут возникать режимы вибрационного горения. С применением оптической панорамной диагностики мы детально разобрались в том, как можно управлять данными процессами в модельных горелочных устройствах. На основе измерений поля температуры с временным разрешением в сотни наносекунд обнаружили немало нюансов и выработали конкретные предложения для прототипов фронтовых устройств разрабатываемых авиационных двигателей. Надо сказать, что весьма активно в исследованиях принимают участие студенты и аспиранты, которым такие подходы очень интересны. А это крайне важно.
Поиск. Ольга КОЛЕСОВА
Обложка: член-корреспондент РАН А.Павленко с коллегами на новом экспериментальном стенде для исследования теплообмена и критических явлений при кипении диэлектрических жидкостей в условиях спрейно/струйного орошения. Фото предоставлено Институтом теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН.