Проект РНФ № 14-21-00090 "Устойчивость, нелинейная динамика и управление поведением многофазных гидродинамических систем"

Проект направлен на исследование устойчивости и нелинейной динамики многофазных гидродинамических систем и разработку методов управления их поведением. Планируется проведение исследований по следующим основным направлениям: - исследование устойчивости и нелинейных режимов конвекции в двухслойных системах жидкостей с деформируемыми поверхностями раздела; - исследование термо- и гидродинамики многофазных систем, претерпевающих фазовый переход; - исследование влияния переменных внешних полей на жидкости с твердыми, жидкими и газовыми включениями; - исследование двухфазной фильтрации и переноса примесей в пористых средах; В рамках этих направлений будут решены следующие конкретные задачи: - исследование взаимодействия гравитационной и термокапиллярной конвекции в двухслойных системах несмешивающихся жидкостей с деформируемыми поверхностями раздела; анализ возможности управления устойчивостью с помощью вибраций; - исследование влияния вибраций на возникновение и нелинейные режимы термокапиллярной конвекции в двухслойных системах несмешивающихся жидкостей с деформируемыми поверхностями раздела; - исследование конвективной устойчивости двухфазной системы жидкость – пар в режиме подохлажденного пленочного кипения, анализ возможности управления устойчивостью с помощью вибраций; - определение значений феноменологических параметров метода фазового поля путем моделирования формы капли растворимого вещества в капилляре, заполненном растворителем и быстро вращающемся вокруг своей оси; - исследование влияния вибраций на термо- и гидродинамику смешивающихся многофазных систем, претерпевающих фазовый переход (форму поверхности раздела, ее толщину и гидродинамическую неустойчивость при смешении в капиллярной трубке и на плоской поверхности смешения); - исследование влияния вибраций и вращения на выращивание кристаллов методами плавающей зоны и направленной кристаллизации; разработка способов управления процессами выращивания кристаллов, позволяющих улучшить качество кристаллов при одновременном увеличении скорости роста; - исследование генерации среднего течения в пульсационном потоке около капли, взвешенной в жидкости отличающейся плотности; - исследование поведения капли жидкости, находящейся между двумя параллельными твердыми поверхностями, между которыми существует разность потенциалов (переменное электрическое поле), и окруженной жидкостью отличающейся плотности, с учетом движения линии контакта по твердой поверхности и гистерезиса краевого угла; - исследование сил, действующих на твердое включение в неоднородном пульсационном вязком потоке; - исследование динамики ансамбля твердых частиц в вязкой жидкости под действием вибраций; - исследование влияния периодических внешних воздействий на поведение фронтов вытеснения и границ раздела фаз в пористой среде с учетом неньютоновских свойств жидкостей; - исследование воздействия внешнего потока на конвективные структуры, возникающие в замкнутой области насыщенной пористой среды, с учетом прилипания частиц примеси к стенкам скелета; - исследование процессов вымывания примесей из придонной растительности. Актуальность планируемых исследований связана с их многочисленными техническими приложениями и недостаточной изученностью явлений, которые планируется исследовать. Конвективные процессы оказывают существенное влияние на тепловые режимы хранения нефтепродуктов в емкостях, процессы химической технологии и др. Одним из процессов, включающих фазовые превращения, является пленочное кипение. Режим пленочного кипения обычно нежелателен вследствие его низкой теплоотдачи, поэтому важно изучить различные факторы, которые способствуют или препятствуют его возникновению. Действенным механизмом стабилизации межфазной поверхности жидкость – пар пленочного кипения, особенно в условиях микрогравитации, является подохлаждение, поэтому его изучение важно в плане развития космической техники. Актуальность исследования течений и тепло- и массопереноса при выращивании полупроводниковых кристаллов определяется потребностями современной полупроводниковой промышленности в больших объемах полупроводниковых монокристаллов определенного химического состава с низкой концентрацией дефектов. Исследование вибрационного воздействия на поведение многофазных гидродинамических систем представляет значительный фундаментальный и практический интерес благодаря разнообразию наблюдаемых эффектов. В последнее время широко применяются различные электронные микрожидкостные приборы, которые используют в качестве рабочего тела или датчика капли жидкости микро- и наноразмеров. Универсальным средством управления поведением капель является электросмачивание. Использование электрических полей для улучшения свойств смачивания активно применяется и в других приложениях, например, при создании дисплеев с малым энергопотреблением. Актуальность исследования двухфазной фильтрации и переноса примесей в пористых средах связана с недостаточной изученностью и широкой распространенностью этих процессов в приложениях, таких как повышение нефтеотдачи пластов, восстановление водоносного горизонта и рекультивация земель, экстракция растительных масел, а также множестве производственных процессов от изготовления титановых губок, до большинства процессов используемых в пищевой промышленности. Исследование процессов вымывания примесей, аккумулированных в придонной растительности важно в первую очередь для обеспечения водоснабжения.