Исследование взаимодействия деформируемых твердых, жидких и газообразных сред, процессов переноса в микро- и нано-дисперсных средах, при воздействии внешних физических полей с учетом сверхвысоких скоростей и физико-химических превращений. Этап 2.

Основными целями работы являлись: 1) Теоретическое и экспериментальное исследование высокоскоростного взаимодействия тел. Это направление включает: - Исследование высокоскоростной фрагментации алюминиевого ударника при различных скоростях пробития сеточных преград (эксперимент - скорости удара до 7 км/сек). - Построение моделей фрагментации тел при высоких скоростях удара - Критическое поведение при фрагментации тел при высоких скоростях удара. - Влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на деформацию и разрушение. 2) Исследование динамики двухфазных микро- и нано – дисперсных сред в том числе связанных с движением кластерных структур взаимодействующих частиц в вязкой жидкости. Это направление включает: - Исследование стабильности объемных и поверхностных нанопузырей - Исследование динамики жестких кластерных структур, состоящих из идентичных частиц (модель пористого тела) или из частиц двух разных размеров (модель шероховатого тела). 3) Исследование характеристик вихревых и турбулентных течений. Это направление включает: - Новые решения (3+1)-мерного уравнения Чарни – Обухова для атмосферы. Волны и вихри Россби. - Исследование гидродинамики турбулентного слоя смешения соприкасающихся потоков. Модель турбулентного пограничного слоя. - Исследование воздействия спонтанных флуктуаций на возникновение и развитие турбулентности при движении твердой сферы в сплошной среде в рамках уравнений многомоментной гидродинамики. Применялись следующие методы исследования: Экспериментальный метод, численное моделирование и теоретический метод. Основные результаты и их новизна: - В работе проведен анализ восьми экспериментов, в которых исследовался процесс фрагментации алюминиевых ударников сеточных преградах, сотканных из стальной или вольфрамовой проволоки в диапазоне скоростей от 2,42 км/с до 7,15 км/с. Выявлены особенности морфологии облака фрагментов и впервые дана оценка перераспределения кинетической энергии между группами фрагментов в различных частях облака в зависимости от скорости взаимодействия ударника с сеткой. - Впервые в трехмерной (3D) постановке решена задача о критическом поведении фрагментации при столкновении двух твердых сфер диаметром D, чувствительных к скорости деформации. Показано, что для конечных D критическая скорость фрагментации при высокоскоростном нагружении превышает таковую при низкоскоростном нагружении, т.е. , а также показано, что , где Ntot – число SPH частиц, аппроксимирующих каждую сферу и  - показатель корреляционной длины. - Впервые построена аналитическая модель проникания жесткого ударника в полубесконечную преграду определяющая зависимость угла вылета эжекционных частиц (угла эжекции) от глубины проникания ударника в предположении о плоском деформированном состоянии материала преграды. Найдено предельное значение угла конуса эжекции (угла возвышения), которое составляет ~ 84 для случая бесконечной глубины проникания ударника. - В рамках термодинамической теории равновесной двухкомпонентной адсорбции из жидкости на плоскую дефомируемую твердую поверхность, несущую поверхностный электрический заряд, при малых деформациях выводятся два уравнения изотермы такой адсорбции, содержащие две неизвестные функции, независящие от электрического потенциала твердой фазы. Показано, что задача поиска условий однофазности адсорбционного слоя сводится к такой же задаче, но поставленной для недеформированной поверхности. - Решена задача стабильности объемных и поверхностных нанопузырей. Показано, что отрицательное электростатическое давление стабилизирует нанопузырь и предотвращает его диффузионное растворение как в предельном случае больших длин, так и малых длин Дебая. Впервые дано обяснение формированию «касательной» структуры диполей воды в слое Штерна на поверхности заряженных объемных нанопузырьков. - На основе аналогии между смачиванием жидкой каплей подложки и диффузионным растворением поверхностного нанопузырька решена задача стабилизации нанопузырька на мягкой (деформируемой) вязкоупругой подложке. - С учетом гидродинамического взаимодействия частиц, в строгой математической постановке впервые получены в явном аналитическом виде формулы для вычисления гидродинамических сил и моментов, действующих на жесткий кластер при заданной конфигурации расположения одинаковых сферических частиц (модель пористого тела) или частиц разного размера (модель шероховатого тела). - В найдены новые решения (3 + 1)-мерного нелинейного уравнения Чарни - Обухова, описывающего волны и вихри Россби в атмосфере на фоне постоянного или сдвигового зонального течения. Часть найденных решений имеет функциональный произвол, который может быть полезен при применении решений для моделирования широкого круга задач. - Исходя из факта формирования отрывных вихрей на границах турбулентного потока и, соответственно переноса сдвига (т.е. трения между слоями турбулентного потока) из объема потока к его границам, впервые разработана теория и проведен расчет турбулентного слоя смешения в безграничном диапазоне изменения начальных значений скоростей и плотности смешиваемых потоков. - На основе уравнений многомоментной гидродинамики, дополненных стохастическими составляющими, исследовано турбулентное течение при обтекании покоящейся твёрдой сферы. Обнаружено, что спонтанные флуктуации не оказывают какого-либо заметного воздействия на формирование турбулентной картины течения в следе за сферой. Таким образом, вся ответственность за возникновение и развитие турбулентности полностью ложится на беспорядочные возмущения, возникающие в среде за счет внешнего воздействия. Сформулированное ранее представление о природе турбулентности получило своё подтверждение.