Гидрогазодинамика многофазных, термовязких и микродисперсных сред

Цель исследования: установление закономерностей формирования динамических структур в многофазных, термовязких и микродисперсных системах для решения проблем энергетики, химической и нефтегазовой промышленности, геофизики с использованием численных, аналитических и экспериментальных методов. Предполагаемые научные результаты: 1) Взаимодействие многофазных и термовязких систем с неоднородными температурными и акустическими полями: 1. Развитие теории гидродинамической устойчивости: определение уточнённых критериев ламинарно-турбулентного перехода при течении реальных жидкостей в плоских и кольцевых каналах. 2. Влияние фазовых переходов на температурную стратификацию в вихревых трубах. 3. Зависимость параметров рассеяния акустических волн от структуры и свойств полидисперсного кластера. 2) Групповой анализ подмоделей и точных решений: 1. Получение полной классификации инвариантных и регулярно частичных инвариантных подмоделей. 2. Приведение примеров нерегулярных частично инвариантных и дифференциально инвариантных подмоделей и решений. 3. Выявление особенностей движения частиц точных решений. 3) Микрогидродинамика дисперсных сред, включая биологические: 1. Технология изготовления микрожидкостных устройств разной топологии. 2. Особенности гидродинамического и миграционного движения эритроцитов и атипичных клеток. 3. Структурные изменения водоуглеводородных эмульсий при течении в микроканалах различной топологии. 4. Скорость, поглощение и влияние ударных волн в насыпных средах из гранул различной формы при дегазации и различном водонасыщении. 5. Изучение свойств насыпных пористых сред непосредственно после воздействия ударной волны с помощью зондирующих импульсов. 4) Исследование гидродинамических процессов в газожидкостных системах в условиях ударно-волнового воздействия: 1. Будут построены новые математические модели, численно реализующие динамические процессы в многофазных системах: процессы формирования газо- парожидкостных струй при истечении сверхкритического флюида в пространство, находящееся в различных диапазонах состояния, включая нормальные условия и состояния, близкие к вакуумному; динамику взаимодействия ударных волн с водными и полимерными пенными структурами. 2. Будут проведены исследования влияния на структуру струи формирующегося газо- парожидкостного потока в пространство, изначально находящегося в различных диапазонах давлений и температур с учетом тепло- и массообменных процессов испарения и конденсации. 3. Планируется провести анализ эффективности изучаемых пенных структур с точки зрения усиления энергопоглощающих свойств в зависимости от структуры, упруго-вязко- пластических свойств и интенсивности динамического воздействия. 4. Будет дан сравнительный анализ с известными аналитическими решениями и экспериментальными данными. 5) Динамика нестационарного взаимодействия в паро- газожидкостных средах: 1. Построение модели процесса истечения вскипающей жидкости из открытого конца цилиндрического канала. Выявление особенностей процесса. Анализ влияния основных параметров на динамику процесса. Сравнение модели с экспериментальными данными. 2. Разработка теоретических основы распространения сильных и слабых возмущений в жидкости с газовыми, парогазовыми и паровыми пузырьками. 3. Построение теоретических основ процесса сверхтекучести жидкостей, близких к критическому состоянию. 6) Исследование акустического и импульсного воздействия на жидкости, содержащие пузырьковые зоны различных конфигураций: 1. Построение модели процесса акустического и ударно-волнового воздействия на пузырьковую жидкость и ли жидкость, содержащую пузырьковые зоны различных размеров. Анализ влияния основных параметров на динамику процесса. Сравнение модели с экспериментальными данными. 2. Разработка теоретических основы распространения сильных и слабых возмущений в жидкости с газовыми, парогазовыми и паровыми пузырьками. Ожидаемые результаты могут быть широко применены в различных областях промышленности: энергетике, металлургии, добыче, транспортировке и переработке углеводородного сырья, нефтехимии, биотехнологии, медицине. 1) Прогнозирование режимов течения теплоносителя в в плоских и кольцевых каналах теплообменных устройств. 2) Создание системы поддержки заданного расхода высоковязкой жидкости за счёт термического снижения гидравлического сопротивления на переходных участках трубопроводов. 3) Разработка методов математической обработки результатов акустической локации. 4) Знание особенностей групповых подмоделей и движений частиц точных решений позволит конструировать аппараты с нужными свойствами внутренних и внешних течений. На основании точечных решений возможно построение новых численных схем для расчёта решений краевых задач. 5) Использование гидродинамических чипов позволит изучить особенности тромбообразования и найти пути его предотвращения. 6) Определение потенциала активности клеток, с использованием миграционных ячеек, позволит дифференцировать здоровые и больные клетки. 7) Водоуглеводородные эмульсии используются в нефтедобывающей промышленности в качестве щадящего бурового раствора и для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин блокирующей пачкой. Зона с плавными и ступенчатыми сужениями – частный случай переходных зон капилляров, наиболее сильно проявляющиеся в поровом пространстве нефтенасыщенных пород, особенно при наличии трещин. Использование изотропных и анизотропных нанопорошков открывает новые перспективы в проявлении новых особенностей микрогидродинамики эмульсий. 8) Знание особенностей распространения, поглощения и разрушающего действия ударных волн в зависимости от водогазонасыщенности насыпных сред важно для конструирования защитных сооружений, для зондирования скважин и моделирования гидроударов, возникающих при гидроразрыве пласта. 9) Использование переотраженных волн в качестве зондирующих импульсов позволит найти изменения, происходящие в насыпных средах непосредственно после воздействия ударной волны. 10) Исследование процессов распыления струйных течений в результате внезапного вскипания приобретает практическую значимость при изучении современных технологий разработки элементов реактивных микродвигателей, в системах охлаждения сверхпроводящих магнитов, в процессах распылении жидкого азота в медицинской практике для криоабляции и др. 11) Поиск перспективных методов защиты от разрушающего ударного воздействия с использованием пенных и пузырьковых структур в условиях широкого круга промышленных производств. 12) Знание закономерностей истечения вскипающих жидкостей имеет большое прикладное значение для оценки последствий аварийной разгерметизации емкостей и каналов, покоящихся под высоким давлением, для оценки максимальных расходов через каналы, щели и для оценки характерных времен опорожнения.