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 3.

Основными целями работы являлись: 1) Теоретическое и экспериментальное исследование высокоскоростного взаимодействия тел. Это направление включает: - Экспериментальное изучение фрагментации тел при высокоскоростном соударении с тонкими сеточными экранами при различных углах атаки и скоростях удара до 7 км/сек - Построение моделей фрагментации тел при высоких скоростях удара - Влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ) на деформацию и разрушение. 2) Теоретическое изучение образования крупномасштабных волн и вихрей в жидкой и газообразной среде при наличии нелинейных эффектов и вращения среды. 3) Исследование факторов, влияющих на зародышеобразование и стабильности как поверхность так объемных нанопузырьков. 4) Развитие новых методов получения точных и аналитических решений, связанных с проблемой вычисления эффективных коэффициентов теплопроводности и других аналогичных коэффициентов переноса в дисперсных средах, в том числе средах с повышенной концентрацией дисперсной фазы. 5) Математически строгое обоснование области применимости существующих теоретических моделей расчета коэффициентов переноса дисперсной среды, которые не учитывают коллективного взаимодействия дисперсных частиц. 6) Обоснование достоверности полученных теоретических результатов путем сравнения с экспериментальными и теоретическими результатами других авторов. 7) Разработка основ метода теоретического исследования задач теплопереноса в дисперсных средах (в том числе, в средах с повышенной концентрацией дисперсной фазы) на основе концепции самосогласованного поля. 8) Исследование взаимного влияния числа Рейнольдса и интенсивности малых возмущений в набегающем потоке, характеризуемой коэффициентом турбулентности, на формирование турбулентного процесса при движении твердой сферы в сплошной среде на основе нового метода, базирующегося на уравнениях многомоментной гидродинамики. Применялись следующие методы исследования: Экспериментальный метод, численное моделирование и теоретический метод. Основные результаты и их новизна: - Опыты по высокоскоростному пробитию сеточных экранов при разных углах ударного воздействия показали большую эффективность таких экранов по сравнению со сплошными экранами. При этом дробление ударника, связанное с внедрением проволок сеточного экрана, распложенных нормально к углу поворота экрана, не зависит от угла воздействия. При углах воздействия 60 градусов и выше признаки фрагментации, связанные с механизмом внедрения проволок экрана, распложенных под углом к ударному воздействию, не наблюдаются. Полученные результаты являются новыми. - Предложена аналитическая модель высокоскоростного взаимодействия деформируемого сетчатого ударника (сетки) с полубесконечной деформируемой преградой. Показано, что глубина кратера по отношению к периоду сетки растет, если "параметр", отражающий отношение диаметра проволоки к периоду сетки, больше 0 и меньше значения "параметра", при котором течение распространяется на всю ячейку, и уменьшается в случае, когда этот параметр больше значения, при котором течение распространяется на всю ячейку, но меньше 1. Глубина кратера по отношению к диаметру проволоки уменьшается с ростом значения "параметра", при котором течение распространяется на всю ячейку, испытывая резкое падение в окрестности равенства "параметра" и "параметра", распространяющегося на всю ячейку. - В рамках термодинамической теории равновесной двухкомпонентной адсорбции из жидкости на плоскую деформируемую 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. - Найдены новые точные пространственно-локализованные решения (3 + 1)-мерного нелинейного квазигеострофического уравнения потенциальной завихренности (уравнения Чарни - Обухова), описывающего волны и вихри Россби в океане на фоне зонального течения, распространяющегося с постоянной скоростью. Всего представлено пять решений – два решения со сферической симметрией и три решения с цилиндрической симметрией. Одно из решений сферической симметрии строится с помощью преобразования Дарбу. Визуализация найденных решений показывает, что в зависимости от значений параметров, входящих в решения, они могут описывать как безвихревое течение, так и вихревое течение с 1, 2 и более локализованными вихрями. Для аналитической оценки вертикальной локализации вихрей используются необходимое условие неустойчивости зонального течения и условие максимальной суммарной завихренности. Эти оценки хорошо согласуются с результатами визуализации вихревого течения для найденных решений. - Найдены новые точные решения уравнения Чарни-Обухова, в виде частичной суперпозиции ранее открытых точных решений этого уравнения. Визуализация найденных решений показывает, что в зависимости от значений параметров, входящих в состав решений, они могут описывать многовихревое течение в горизонтальной плоскости, парный вертикально связанный вихрь (хетон), периодическую вихревую структуру с чередующимися фронтами высокого и низкого давления. - Показано, что для мягких вязкоупругих подложек на границе трех фаз (жидкой, твердой и газообразной) возникает т.н. гребень смачивания ,поглощающий механическую энергию. Из-за диссипации энергии скорость тройной точки падает и диффузионное растворение замедляется вплоть до пиннинга. - Для твердых подложек стабилизирующим фактором является контактная электризация - превращение механической энергии в электростатическую.Чем больше сгенерированный на твердой гидрофобной подложке заряд , тем больше сила сопротивления, препятствующая растворению. - Впервые развита классическая теория зародышеобразования микро и нанопузырей на случай, когда количество образовавшихся зародышей настолько большое, что концентрация растворенного вещества оказывается существенно меньше пероначального. - Впервые показано, что давление диффузного слоя приводит к невозможности компенсации давления Лапласа и Кулона, и что заряд пузыря служит энергетическим ресурсом, обеспечивающим его термостабильность. - Предложена гипотеза о механизме стабильности ОНП при переходе его оболочки в фазу льда за счет механического напряжения между заряженной оболочкой ОНП и слоем поляризованного заряда при соответствующих значениях их заряда и размерах. - Проведено численное исследование обтекания решеток со степенью проницаемости = 0.7, с углами их установки в прямоугольном канале 90 и 40 градусов при значении коэффициента скорости = 0.4. Получены поля коэффициентов скорости и полного давления потока перед решетками и за ними на всех исследованных режимах. Показана возможность уменьшать потери полного давления путём изменения углов установки решетки. - Математически строго доказано, что, так называемая, эвристическая формула Максвелла, предназначенная для вычисления эффективного коэффициента теплопроводности в разреженных суспензиях сферических частиц, является точным решением в приближении отсутствия взаимодействия дисперсных частиц. - Впервые теоретически (путем сравнения с полученным новым аналитическим решением, которое учитывает взаимодействие частиц) установлена область применимости эвристической формулы Максвелла. Показано, что она дает достаточно высокую точность (менее 3 %) практически во всем диапазоне объемных концентраций дисперсных частиц >0, но <1 и любом соотношении теплопроводностей фаз: > - 0.5, но <1. - Используя принцип симметрии, из формулы Максвелла получено два важных следствия. Первое следствие дает точное решение, которое определяет верхнюю границу изменения эффективных коэффициентов теплопроводности для любых однородных и изотропных суспензий, совпадающую с границей Хашина-Штрикмана. Второе следствие дает точное решение инвариантное относительно преобразования инверсии фаз, предназначенное для вычисления эффективного коэффициента теплопроводности в трехмерных неупорядоченных структурно-симметричных двухфазных средах. - На основе концепции самосогласованного поля разработаны основы нового теоретического метода исследования задач теплопередачи в дисперсных средах (в том числе, с повышенной концентрацией дисперсной фазы) с учетом эффектов коллективного взаимодействия дисперсных частиц. Разработанный метод позволяет получать результаты с известной степенью точности в виде аналитических зависимостей от параметров задачи. - Установлено, что турбулентная картина течения образуется за счет накопления неупорядоченных возмущений в неустойчивой зоне закручивания в ближнем следе за сферой. Переход от ламинарного движения к турбулентному имеет значительную протяженность на шкале числа Рейнольдса. Коэффициент турбулентности является ключевым фактором, влияющим на формирование турбулентной картины течения. Низкие значения коэффициента турбулентности способны заблокировать возникновение турбулентности даже при сколь угодно высоких значениях числа Рейнольдса. Напротив, высокие значения коэффициента турбулентности способны инициировать турбулентность даже при невысоких значениях числа Рейнольдса. Предложено интерпретировать степень развития турбулентности в терминах коэффициента хаотичности, зависящего от числа Рейнольдса и коэффициента турбулентности. Ранее сформулированное представление о природе турбулентности нашло свое подтверждение. Когерентные структуры формируют регулярную составляющую турбулентности. Накапливающиеся неупорядоченные возмущения образуют хаотическую составляющую турбулентности.