Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований, выполненных в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук в 2014 году

23. Механика деформирования и разрушения материалов, сред, изделий, конструкций, сооружений и триботехнических систем при механических нагрузках, воздействии физических полей и химически активных сред.

1. Получен сравнительный критерий для диагностики онкологических патологий на основе анализа многомасштабных пространственных распределений флуктуаций температурного поля.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Установлены качественные различия динамики метаболизма при развитии онкологических патологий на основе анализа многомасштабных пространственных распределений флуктуаций температурного поля, полученных по данным неинвазивного инфракрасного скрининга молочных желез: переход от мультифрактальных к монофрактальным распределениям флуктуаций температурного поля.
   Качественные различия метаболизма тканей молочных желез с выраженными проявлениями онкологических патологий и тканей «в норме» исследованы на основе анализа данных инфракрасного неинвазивного скрининга для представительной группы пациентов. Анализ многомасштабных флуктуаций температурного поля позволил установить качественно-различные проявления в поведении пространственных флуктуаций температурного поля, связанные с резким сокращением типов динамических коллективных переменных: переходом от мультифрактальных пространственных распределений флуктуаций температурного поля к монофрактальным.

   
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12 e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Разработана математическая модель и алгоритм ее численной реализации для исследования электрических процессов в сердце человека.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Главной функцией сердца является перекачивание крови. Этот процесс инициируется и регулируется электрическими волнами, которые распространяясь по сердцу, запускают его сокращение. Одним из способов изучения этого процесса является математическое моделирование. Для реализации этого подхода необходима геометрическая модель сердца.
   В настоящей работе ее построение основано на результатах рентгеновской томографии. Для обработки томограммы разработан и реализован алгоритм фильтрации, который позволяет сглаживать границу органа, устранять шумовой сигнал томографа и исключать элементы органа заданного масштаба. С помощью этого алгоритма выполнена фильтрация внешней границы сердца и его полостей. На основе обработанного томографического образа, с помощью алгоритма роста, построен трехмерный, четырехкамерный, геометрический образ сердца. Поверхности, ограничивающие этот образ, экспортированы в блок генерации сеток ANSYS ICEMCFD, в котором осуществлено построение конечно-элементного аналога сердца человека. На полученной модели сформулирована задача электродинамики и построен численный алгоритм ее решения. Для этого алгоритма определена временная и пространственная дискретизация необходимая для выполнения расчетов с приемлемой точностью. На основе разработанной модели, рассмотрен процесс возбуждения сердца в норме и при дополнительном патологическом возмущении, которое приводит к образованию спиральной волны.
   И.Н. Вассерман, В.П. Матвеенко, И.Н. Шардаков, А.П. Шестаков. Конечноэлементное моделирование электрического возбуждения миокарда. // Прикладная механика и техническая физика, 2014, №1, 76-83
   Matveenko V. P., Shardakov I. N., Shestakov A. P., Wasserman I. N. Development of finite element models for studying the electrical excitation of myocardium// Acta Mechanica, 2014. Vol 25, Issue 9. – p. 2699-2715.

   
   Рук. д.ф.м.н. Шардаков И.Н., т.(342) 237-83-18, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Обоснован механизм разрушения «адиабатическим сдвигом» при динамическом нагружении как неравновесный переход в ансамбле дефектов.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   
   

   Впервые на основе экспериментальных исследований по реализации режимов динамической локализации пластической деформации на специально сконструированных образцах, «in-situ» регистрации локальных температурных полей (применением инфракрасного сканирования) и волновой динамики формирования неустойчивости пластического сдвига при нагружении мишеней (VISAR допплеровская интерферометрия) обоснован «атермический» механизм формирования разрушения «адиабатическим сдвигом», обусловленный структурной релаксацией при формировании коллективных мод дефектов.

   Проведено экспериментальное изучение механизмов локализованного «адиабатического» сдвига в алюминиевом сплаве 6061 с использованием оригинального оборудования, обеспечивающего нагружение плоских мишеней в условиях проникания при скоростях соударения в диапазоне 100-500 м/c с «in-situ» регистрацией локальных температурных полей (применением инфракрасного сканирования) и волновой динамики формирования неустойчивости пластического сдвига при нагружении мишеней (VISAR допплеровская интерферометрия) обоснован «атермический» механизм формирования разрушения «адиабатическим сдвигом», обусловленный структурной релаксацией при формировании коллективных мод дефектов. С использованием развиваемых широкодиапазонных моделей, учитывающих связь механизмов структурной релаксации, обусловленных дефектами, с пластической деформацией и разрушением, проведено моделирование механизмов локализованного пластического сдвига в алюминиевом сплаве 6061 при нагружении плоских мишеней при скоростях соударения, превышающих баллистический предел. C использованием данных New View профилометрии высокого разрешения, атомно-силовой микроскопии проведено исследование закономерностей структурного скейлинга в приповерхностных слоях мишеней (алюминиевый сплав 6061), проведена идентификации механизмов структурной релаксации, обусловленных дефектами, определены характерные масштабы зон локализованной пластичности.

   
   
   Рук. д.ф.м.н. Наймарк О.Б., т.(342) 237-83-12, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Построена и аттестована термомеханическая модель поведения полимера с памятью формы при больших деформациях
   Подробнее Скрыть подробности
   
   
   

   В рамках разрабатываемого подхода к построению моделей термомеханического поведения сложных сред при больших деформациях и структурных изменениях в материалах получены соотношения, удовлетворяющие принципам термодинамики и объективности, и описывающие эффект памяти формы в полимерах при конечных деформациях. Основываясь на первом законе термодинамики, построено соответствующее этому процессу уравнение теплопроводности. Полученные соотношения аттестованы на ряде задач, имеющих экспериментальное обеспечение.

   Известно, что полимеры сильно меняют свою способность деформироваться при изменении температуры. При низкой температуре они находятся в застеклованном состоянии, характеризуемом большим модулем упругости и соответственно низкой способностью к деформированию. При высокой в высокоэластичном состоянии, характеризуемом малым модулем упругости и соответственно высокой способностью к деформированию. Между этими состояниями существует переходная область, а сам переход не является фазовым и называется в литературе релаксационным. Полимер в высокоэластичном состоянии имеет характерные времена релаксации намного меньше характерных времен внешних воздействий, что позволяет считать его поведение упругим. В полностью застеклованном состоянии поведение полимера вязкоупругое.

   Релаксационный переход при изменении температуры проявляется практически во всех полимерах. Эффект же памяти формы не является свойством, характерным для всех полимеров. Он проявляется в полимерах, имеющих определенную структуру при определенном воздействии на материал. Суть его состоит в том, что в процессе релаксационного перехода из высокоэластичного состояния в застеклованое (охлаждение материала) деформация, имеющаяся в высокоэластичной фазе, «замораживается» в момент перехода, и деформации, возникающие в застеклованной фазе при дальнейшем деформировании, накладываются на эти «замороженные». При нагревании последние постепенно «размораживаются».

   
   Рук. д.ф.м.н. Роговой А.А., т.(342) 237-84-59, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Методами атомно-силовой микроскопии проведены экспериментальные исследования наноструктуры и локальных механических свойств полимерных нанокомпозитов на основе полиэтилена и игольчатого силикатного нанонаполнителя.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Экспериментально изучена структура и локальные механические свойства полимерных нанокомпозитов на основе полиэтилена ПЭ 107-02К и игольчатого силикатного нанонаполнителя (палыгорскит). Концентрация наполнителя варьировалась от 5 до 15%.

   Исследования проводились на атомно-силовом микроскопе в режиме наномеханического картирования. Построены наносканы поверхности материала, отображающие распределение следующих характеристик: 1) геометрический рельеф наноповерхности; 2) адгезия (сила прилипания зонда АСМ к поверхности при контакте); 3) индентация (глубина внедрения зонда в материал); 4) модуль упругости (жесткость материала). Определены характерные размеры игольчатых нановключений (диаметр порядка 20-27 нм, длина 500-1000 нм).

   Установлено, что частицы наполнителя могут образовывать вторичные агрегаты в виде пачек из параллельно расположенных иголок. Показано, что при воздействии на образец растягивающей внешней нагрузки иголки могут приобретать волнообразную форму вследствие неоднородных локальных деформаций в матрице.

   
   Рук. д.ф.м.н. Гаришин О.К., т.(342) 237-83-15, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Исследован магнитомеханический гистерезис в ферроэластомере.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Функциональность магнитоактивных эластомерных композитов (МЭК) обусловлена их сильным откликом на приложенное поле. Описание этих эффектов составляет содержание магнитомеханики МЭК

   В частности, МЭК обладают уникальным смарт-эффектом – переходят в пластическое состояние под действием приложенного поля.

   После снятия поля вся накопленная пластическая деформация исчезает, материал снова переходит в высокоэластичное состояние. В результате образец МЭК восстанавливает («вспоминает») исходную конфигурацию, то есть проявляет «магнитную память формы».

   Для объяснения этого эффекта нами в 2006 [1], другими – позднее, была предложена феноменологическая модель «магнитных скрепок» – плотных кластеров, в которые группируются частицы наполнителя при намагничивании образца.

   В работах 2014 мы предложили мезоскопический механизм зарождения «магнитных скрепок» в МЭК. Это сделано на примере пары магнитомягких микрочастиц, заключённых в эластомерную матрицу [2,3]. Как оказалось формирование парного кластера идёт по гистерезисному сценарию: при намагничивании материала кластер образуется в поле H^, однако при размагничивании распадается в поле Hv< H^. На графике слайда по вертикальной оси отложен безразмерный размер парного кластера, по горизонтали – величина магнитного поля.

   • [1] Melenev P.V., Rusakov V.V., Raikher Yu.L. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300 (2006) e187-e190.
   • [2] Биллер А.М., Столбов О.В., Райхер Ю.Л. // Вычислительная механика сплошных сред, 7 (2014) 62-71.
   • [3] Biller A.M., Stolbov O.V., Raikher Yu. L. // Journal of Applied Physics 116 (2014) Art.no.114904-8.

   
   Рук. д.ф.м.н. Райхер Ю.Л., т.(342) 237-83-23.

1. Исследована интенсивность флуктуации синхротронного излучения в нашей Галактике и галактике M33 с наблюдательной и теоретической точки зрения. Сравнительный анализ наблюдательных данных, теоретической и численной модели указывает на автокорреляцию распределений плотности космических лучей и энергии магнитного поля.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Исследована интенсивность флуктуации синхротронного излучения в нашей Галактике и галактике M33 с наблюдательной и теоретической точки зрения при различных предположениях о связи между космическими лучами и межзвездных магнитным полем. Показано, что наблюдаемая относительная величина флуктуации магнитного поля Галактики (отношение среднеквадратичных флуктуаций к средней напряженности магнитного поля) не согласуются с гипотезой о равнораспределении энергий космических лучей и магнитного поля.

   

   

   Анализ наблюдательных указывает на то, что распределение космических лучей почти однородно в масштабах порядка и более 100 кпарсек, в отличие от сильных колебаний межзвездного магнитного поля в этих масштабах. Консервативная верхняя оценка относительной величины флуктуаций 0,2-0,4. Сравнительный анализ наблюдательных данных и теоретической зависимости относительных флуктуаций интенсивности синхротронного излучения от коэффициента корреляции распределений космических лучей и магнитного поля указывает на то, что имеется некоторая антикорреляция плотности космических лучей и плотности магнитной энергии как в Млечном Пути, так и в М33. Практический вывод состоит в том, что общепринятая оценка величины случайного галактического магнитного поля, вероятно, сильно занижена.

   Stepanov R., Shukurov A., Fletcher A., Beck R., La Porta L., Tabatabaei F. An observational test for corre-lations between cosmic rays and magnetic fields // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2014, V. 437, p.2201-2216

   
   Рук. д.ф.м.н. Степанов Р.А., т.(342) 237-83-94, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Предложена математическая модель процесса прямого отжима масличной культуры.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Рапсовое масло используется для производства дизельного топлива и относится к возобновляемым источникам энергии. На основе динамики многофазных сред разработана гидродинамическая модель экструзионного отжима масла из семян рапса, на основе которой может осуществляться проектирование оборудования и оптимизация технологических режимов.

   В качестве объекта исследования выступает смесь измельченных зерен масличной культуры, содержащее масло, подвергавшаяся деформированию при плунжерном прессовании. Целью моделирования является определение скорости оттока растительного масла при заданных условиях нагружения.

   Обрабатываемый материал представлен двухфазной смесью. Первая фаза жмых масличной культуры, играюший роль пористого скелета. Растительное масло, насыщающее пористый скелет, является второй фазой среды.

   Для описания поведения материала применен подход динамики многофазных сред. Для каждого из компонентов смеси составлены балансовые уравнения. Фильтрация описана введением силы межфазного взаимодействия. На основе проведенных ранее исследований для описания свойств пористого скелета и масла использована модель вязкой жидкости. Вязкость пористого скелета предполагается зависящей от давления.

   Численное решение задачи выполнено в двумерной постановке для среднего сечения камеры отжима с применением метода конечных элементов. В качестве основных неизвестных величин выступают поля скорости и давления компонентов смеси. В соответствии с распространенным в подземной гидродинамике подходом пористость материала предполагается зависящей от эффективного давления пористого скелета. Дискретизация области проводилась с помощью четырехугольных девятиузловых конечных элементов с линейным и квадратичным порядком аппроксимации полей давления и скорости соответственно. В полученных решениях распределение содержания масла по длине камеры отжима проявляет нелинейность при высоких внешних нагрузках. Также показано, что значительное влияние на расход отжатого масла оказывает изменение пористости в процессе прессования.

   Анализ решения показал, что в рамках принятых в данной модели допущений учет изменения пористости материала в процессе отжима играет важную роль и приводит к более высоким значениям расхода получаемого масла.

   Также было замечено снижение расхода отжатого масла после превышения определенного значения внешней нагрузки. Исследование влияния увеличения вязкости пористого скелета с повышением давления на отток масла показало, что рассчитанные значения расхода масла оказываются ниже, чем в случае постоянной вязкости, при этом распределения давления составляющих демонстрируют более выраженную нелинейность.

   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Найдено семейство точных решений уравнений гидродинамики, описывающее некоторые режимы течения вязкой жидкости между параллельными сближающимися или удаляющиеся пластинами.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   В рамках известного класса точных решений уравнений Навье-Стокса рассмотрены некоторые неавтомодельные решения задачи о нестационарном течении несжимаемой жидкости между перемещающейся и неподвижной вращающимися пластинами. Изучены три семейства режимов течения: течения между невращающимися плоскостями, течения между плоскостями, вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями и течения между пластинами, вращающимися с противоположными угловыми скоростями.

   Приведены примеры точных решений уравнений движения идеальной жидкости, удовлетворяющих условиям прилипания.

   
   Рук. д.ф.м.н. Аристов С.Н., т.(342) 237-83-14, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. Впервые обнаружено новое явление – вихревое течение магнитной жидкости вблизи источника неоднородного магнитного поля. Течение сопровождается «дождем» из капельных агрегатов, который напоминает обычный ливень в земной атмосфере.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Впервые наблюдалось новое явление – вихревое течение магнитной жидкости вблизи источника неоднородного магнитного поля. Течение сопровождается «дождем» из капельных агрегатов, который напоминает обычный ливень в земной атмосфере. Отличие в том, что в магнитных жидкостях этот «дождь» индуцируется внешним магнитным полем и происходит на масштабах порядка миллиметра. Внешнее поле играет ключевую роль: оно вызывает в магнитной жидкости фазовый переход типа «газ – жидкость» и образование капельных агрегатов размером в десятки микрометров, вытянутых вдоль силовых линий. Неоднородное распределение агрегатов в пространстве приводит к неоднородности пондеромоторной силы, которая и является причиной вихревых течений. Наблюдаемые течения могут иметь важное практическое значение: они интенсифицируют массоперенос в магнитной жидкости, ускоряя его по времени на много порядков.

   Поведение магнитной жидкости во внешнем магнитном поле во многом зависит от энергии межчастичных диполь-дипольных взаимодействий. Если эта энергия примерно в три раза превышает энергию теплового движения, то в системе возможен фазовый переход первого рода типа «газ-жидкость». В результате фазового перехода в жидкости образуется «туман» из множества капельных агрегатов с очень высокой концентрацией коллоидных частиц внутри агрегата.

   Главное отличие такого фазового перехода от обычных в том, что он может быть вызван включением внешнего магнитного поля (магнитное поле уменьшает энтропию системы). Если же магнитное поле неоднородно, то на агрегаты действует пондеромоторная сила, вызывающая их движение по направлению градиента напряженности. Массовое движение агрегатов приводит к вихревому гидродинамическому течению магнитной жидкости, которое нами и наблюдалось. Это течение нестационарное и затухает, когда система полностью расслоится на слабо- и сильно концентрированные фазы (пока все магнитные частицы, способные конденсироваться в капельные агрегаты, не выпадут в осадок). Стационарных вихревых течений, очевидно, быть не может по причине потенциальности магнитного поля.

   Наблюдаемые течения могут иметь важное практическое значение: они интенсифицируют массоперенос вблизи источника магнитного поля, ускоряя его по времени на много порядков.

   
   Рук. д.ф.м.н. Пшеничников А.Ф.., т.(342) 237-83-25, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. При исследовании устойчивости температурного пограничного слоя, возникающего при развитии конвекции однофазной околокритической жидкости в колеблющейся квадратной полости в условиях невесомости, при внезапном понижении температуры стенок обнаружено наличие трех типов неустойчивости: термовибрационной неустойчивости, развивающейся вблизи стенок, параллельно которым приложены вибрации, параметрической неустойчивости, развивающейся вблизи стенок, по отношению к которым вибрации перпендикулярны, и неустойчивости, развивающейся в углах полости.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Исследованы двумерные режимы конвекции однофазной околокритической жидкости в квадратной полости, совершающей поступательные линейно-поляризованные вибрации, при внезапном понижении температуры стенок. Расчеты проведены для сверхкритического водорода при трех значениях отклонения температуры от критической 10 мК, 100 мК и 1 К и трех типах тепловых граничных условий: изотермические границы, адиабатические вертикальные и изотермические горизонтальные границы, адиабатические горизонтальные и изотермические вертикальные границы. Амплитуда вибраций варьировалась от 0.05 до 5 кратного превышения размера полости, частота вибраций от 2.78 Гц до 25 Гц.

   Обнаружено наличие трех типов неустойчивости: термовибрационной неустойчивости, развивающейся вблизи стенок, параллельно которым приложены вибрации, параметрической неустойчивости, развивающейся вблизи стенок, по отношению к которым вибрации перпендикулярны, и неустойчивости, развивающейся в углах полости. Построены диаграммы устойчивости в пространстве параметров задачи.

   Полученные результаты позволили объяснить поведение однофазной околокритической жидкости, наблюдавшееся в экспериментах, проведенных в условиях микрогравитации. Найдено, что описанное поведение не связано с гиперсжимаемостью среды, оно наблюдается и в случае несжимаемой жидкости.

   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

1. На основе численного исследования риска загрязнения рек вследствие затопления накопителей жидких отходов при прохождении высоких паводков показано, что при прохождении высоких паводков вследствие промывки расположенных в поймах рек накопительных емкостей может резко увеличиться содержание загрязняющих веществ в реках, создавая реальную угрозу для нижележащих водопользователей.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Исследован риск загрязнения крупных водотоков вследствие промывки расположенных в их поймах накопительных емкостей во время высоких паводков. Трехмерное численное моделирование показало, что в течение 2-х часов после начала паводка наблюдается значительное изменение концентрации примеси в накопительной емкости, затем быстрая стадия заканчивается и в дальнейшем концентрация меняется медленно. Толщина слоя с большим содержанием примеси также претерпевает значительные изменения за два часа после начала паводка, ее максимальное изменение составляет примерно 3-4 метра.

   На переднем крае накопительной емкости по движению потока образуется вихрь, который движется вдоль по потоку до конца емкости. Этот вихрь вытесняет загрязнения из емкости, промывая верхний слой толщиной 1-2 метра за короткое время, порядка 10 минут. Затем наблюдается быстрая стадия равномерного выноса примеси из емкости в отсутствие вихревого движения. По истечении двух часов быстрая стадия заканчивается, в дальнейшем концентрация примеси меняется медленно.

   C увеличением глубины потока над емкостью характер вымывания загрязнений из накопительной емкости не меняется, процесс вымывания, как и в случае меньших глубин потока над емкостью, состоит из быстрой и медленной стадий. Увеличиваются толщина промываемого слоя и количество примеси, выносимой из накопительной емкости.

   Таким образом, совершенно безопасные при малых и средних расходах, при их падании в зону затопления, накопительные емкости могут стать источником интенсивного загрязнения, существенно лимитирующим режим водопользования.

   
   Рук. д.ф.м.н. Любимова Т.П., т.(342) 237-83-31, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Важнейшие результаты прикладных исследований

23.Механика деформирования и разрушения материалов, сред, изделий, конструкций, сооружений и триботехнических систем при механических нагрузках, воздействии физических полей и химически активных сред

1. Разработана и реализована в режиме on-line система интеллектуального мониторинга за неравномерными осадками фундаментов 37 зданий и сооружений в г. Березники Пермского края.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Разработана и реализована в режиме on-line система интеллектуального мониторинга за неравномерными осадками фундаментов 37 зданий и сооружений в г. Березники Пермского края. Каждая система мониторинга состоит из измерительной части, расположенной в подвале здания; подсистемы сбора и передачи данных и подсистемы анализа и визуализации данных, расположенных на сервере в ИМСС УрО РАН. Измерения неравномерных осадок осуществляются методом гидростатического нивелирования.

   На сервере в режиме on-line можно контролировать процесс неравномерного осаживания зданий с использованием интерактивной карты города. На данной карте можно видеть, каким образом осуществляется наклоны фундаментов зданий и расположенного под ним грунтового массива.

   На сайте доступна справочная информация в виде таблиц и графиков, в которых представлены осадки и скорости осадок отдельных датчиков, и информация об относительной разности осадок, которая регламентируется «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений».

   
   Рук. д.ф.м.н. Шардаков И.Н., т.(342) 237-83-18, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

22. Механика жидкости, газа и плазмы, многофазных и неидеальных сред, механика горения, детонации и взрыва

1. Предложен и отработан метод определения изменения фильтрующих свойств насыщенных пластически деформируемых пористых сред, включающий циклическое нагружение образца.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Предложен и отработан метод определения изменения фильтрующих свойств насыщенных пластически деформируемых пористых сред, включающий циклическое нагружение образца. В процессе эксперимента регистрируют давление, изменение длины образца, время, а также объем отжатой жидкости. Метод позволяет определить изменение коэффициента фильтрации в процессе отжима как функцию концентрации жидкой фракции (пористости) и уровня давления.

   Большая часть существующих подходов при описании проницаемости в процессе отжима опирается на данные, полученные на конкретных установках или использует введение эмпирических коэффициентов.

   В то же время, создание конкурентно способного оборудования, нахождение удачных технических решений, определение наилучших технологических режимов связаны с моделированием процесса, включая адекватное описание изменения свойств перерабатываемого материала в процессе отжима.

   При достаточно широком спектре методов определения проницаемости материалов в случае изменяющейся структуры пористого массива и больших деформаций в процессе отжима выполнить это значительно сложнее. В то же время, именно проницаемость является основным фактором, определяющим эффективность процесса. Отличительная особенность отжима, в частности, масла от традиционной фильтрации – это вытеснение жидкой фазы скелетом (клетчаткой) в результате его деформаций, в том числе, пластических. В процессе отжима именно деформации являются одной из основных причин изменения пористой структуры скелета.

   При определении коэффициента фильтрации и его зависимости от давления и массовой доли компонентов использован метод, в основе которого лежит динамическое нагружение. Образец помещают в замкнутую цилиндрическую полость между поршнем, создающим давление, и проницаемым для жидкости дном и задают исследуемый уровень давления. Создают циклическое силовое нагружение образца, используя выбранный уровень давления для выключения нагружения и давление, равное 0,8 – 0,95 выбранного уровня, для включения нагружения. Для создания давления используют испытательную машину с программным управлением в режиме «сжатие». В процессе эксперимента регистрируют во времени изменение давления, длины образца и временной промежуток снижения давления на цикле разгрузки, а также объем отжатой жидкости. В дальнейшем данные эксперимента обрабатывают по предложенным выражениям, находя зависимость коэффициента фильтрации от концентрации (пористости) и уровня давления.

   Разработка защищена патентом на изобретение РФ №2524046 от 30.05.2014 г.

   
   Рук. д.т.н. Славнов Е.В., т.(342) 237-83-99, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
2. По заказу ОКБМ им. Африкантова (Росатом) выполнен цикл исследований турбулентного конвективного теплообмена в жидком натрии, заполняющем длинные цилиндрические каналы, ориентированные под различным углом к горизонту.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Выявлена сильная зависимость мощности, передаваемой вдоль трубы, от угла наклона: число Нуссельта в исследованном диапазоне углов наклона изменяется на порядок с максимумом в области наклона 65о от вертикали. Представленные характеристики крупномасштабной циркуляции и турбулентных пульсаций температуры показывают, что конвективный теплоперенос определяется в основном скоростью крупномасштабной циркуляции натрия. Турбулентные пульсации максимальны при небольших углах наклона и ослабляют поток тепла вдоль канала, хотя в пределе малых углов (вертикальная труба) устойчивой крупномасштабной циркуляции нет и конвективный теплопоток, на порядок превышающий молекулярный, обеспечивается только мелкомасштабным (турбулентным) течением.

   Интерес к тепломассопереносу в жидких металлах вызван их применением в качестве теплоносителей в ядерных, термоядерных и космических энергетических установках. Натрий используется в качестве теплоносителя в реакторных установках (РУ) с реактором на быстрых нейтронах. По опыту эксплуатации отечественных РУ БН-350 и БН-600 известно, что при благоприятной компоновке трубопроводов в них может возникать свободная конвекция натрия, приводящая к прогреву трубопроводов и увеличению тепловых потерь. В этой связи чрезвычайно востребованными становятся результаты экспериментальных исследований свободной конвекции натрия в длинных замкнутых цилиндрических сосудах, ориентированных под различными углами к направлению силы тяжести. Результаты таких исследований могут быть использованы как при проектировании новых РУ, так и при верификации расчетных кодов, используемых в атомной энергетике.

   В ИМСС УрО РАН по заказу ОКБМ им. Африкантова выполнен цикл исследований турбулентного конвективного теплопереноса в жидком натрии, заполняющем цилиндрические каналы с приложенной к торцам разностью температуры. В частности, исследована свободная конвекция натрия в отрезке прямой теплоизолированной трубы, длина которой равна 20 диаметрам, с торцевыми теплообменниками, обеспечивающими фиксированный перепад температуры. Эксперименты выполнены для заданной разности температуры между торцевыми теплообменниками и различных углов наклона трубы к вертикали, от вертикального положения (подогрев снизу) до горизонтального.

   Представленные характеристики крупномасштабной циркуляции и турбулентных пульсаций температуры показывают, что конвективный теплоперенос определяется в основном скоростью крупномасштабной циркуляции жидкости при достижении максимальной скорости потока достигается и максимальный теплопоток. Турбулентные пульсации максимальны при небольших углах наклона и, скорее, ослабляют поток тепла вдоль канала, хотя в пределе малых углов (вертикальная труба) устойчивой крупномасштабной циркуляции нет, и конвективный теплопоток, на порядок превышающий молекулярный, обеспечивается только мелкомасштабными (турбулентными) потоками жидкости.

   Mamykin A., Frick P., Khalilov R., Kolesnichenko I., Pakholkov V., Pavlinov A., Rogozhkin S. Turbulent convective heat transfer in a long cylinder with liquid sodium // Proceedings of 9-th International PAMIR conference on Fundamental and Applied MHD, Thermo Acoustic and Space Technologies, Riga, Latvia, June 16-20, 2014. V.1. P.90-94.

   
   Рук. д.ф.м.н. Фрик П.Г., т.(342) 237-83-22, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
3. Предложена новая конструкция алюминиевой печи с МГД-перемешиванием расплава (подана заявка на патент).
   Подробнее Скрыть подробности
   
   
   Разработана математическая модель, с помощью которой проведены численные исследования процесса перемешивания жидкого металла с вводимыми примесями в ванне этой печи под действием бегущего магнитного поля и получены наилучшие режимы перемешивания. Экспериментально получены режимы воздействия управляемого МГД-перемешивания алюминиевого сплава при направленной его кристаллизации в цилиндрическом тигле на структуру и свойства полученных слитков.

   МГД-перемешивание жидкого металла применяется в металлургическом производстве при приготовлении сплавов, а также в литейных технологиях при кристаллизации металла и является современной технологией мирового уровня, которая позволяет обеспечить большую степень гомогенизации сплавов и литой структуры. Оно ведет к созданию однородной мелкозернистой структуры твердых растворов, уменьшению удельной доли, а также измельчению и равномерному распределению вторых (интерметаллидных) фаз.

   В ИМСС УрО РАН была предложена конструкция промышленной мечи для алюминия с МГД-перемешиванием [1]. На основе численных экспериментов проведено изучение процесса равномерного распространения в металле в ванне печи скалярной примеси в результате различных режимов МГД-перемешивания [2].

   Численно моделировался процесс направленной кристаллизации алюминия в цилиндрическом тигле при одновременном полоидальном и тороидальном МГД-перемешивании.

   Проведены физические эксперименты для исследования влияния МГД-перемешивания на структуру и свойства слитков из алюминиевых сплавов в процессе их направленной кристаллизации в цилиндрическом слитке [3]. В результате выработаны практические рекомендации для проведения металлургического процесса по получению слитков из алюминиевых сплавов с улучшенными свойствами.

   

   
   

   
   1. Оборин П.А., Хрипченко С.Ю. МПК B22D11/115, F27D23/04 «Устройство для перемешивания расплавленного алюминиевого сплава» гос регистрация заявки № 2014132245 от 05.08.2014
   2. P. Oborin, S.Khripchenko, E. Golbraikh, «Application of a traveling magnetic field for stirring liquid metals», Magnetohydrodynamics. Vol., No.4 ххх, 2014 (Принята к публикации)
   3. С.Ю. Хрипченко, Л. В. Никулин, В. М. Долгих, С. А. Денисов., Структура и свойства полученныхс применением магнитогидродинамического воздействия заготовительных слитков из алюминиево-кремниевого сплава // Цветные металлы, 2014, № 6, с 82-86

   

   
   Рук. д.т.н. Хрипченко С.Ю., т.(342) 237-83-06, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
4. По заказу ОКБМ им.Африкантова (РосАтом) разработан, изготовлен и запущен в эксплуатацию гидродинамический контур для исследования потоков жидкого натрия. На контуре проведены исследования смешения разнотемпературных потоков жидкого натрия. Результаты экспериментов необходимы для верификации пакетов программ, используемых для расчетов систем охлаждений атомных реакторов использующих жидкометаллические теплоносители.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   Жидкий натрий представляет собой уникальную среду для магнитной гидродинамики благодаря сочетанию низкой плотности и высокой электрической проводимости. Именно потоки жидкого натрия дают наилучшую возможность для лабораторных исследований эффектов генерации магнитного поля течениями проводящей жидкости, а также эффектов, связанных с воздействием магнитного поля на потоки металлов. С другой стороны, жидкий натрий является перспективным материалом для систем охлаждения реакторных установок. В частности именно натрий используется в качестве охлаждающей жидкости во всех реакторах на быстрых нейтронах.

   Созданный в ИМСС натриевый контур позволяет проводить широкий спектр исследований потоков жидких металлов, включая неизотермические, исследований взаимодействия потоков с магнитными полями, испытания технологических МГД-устройств. Первой работой, выполненной на созданном стенде, стало исследование процессов смешения разнотемпературных потоков натрия, выполненное по заказу ОКБМ им.Африкантова (РосАтом). Цель этой работы – обеспечение экспериментальной базы для верификации пакетов программ, используемых для расчета систем охлаждения реакторов.

   
   Рук. д.ф.м.н. Фрик П.Г., т.(342) 237-83-22, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
5. Предложен новый инструментальный метод электроимпедансной спирометрии, заключающийся в регистрации изменений параметров электрического импеданса органов дыхания в течение дыхательного цикла. Разработана лабораторная модель медицинского реографического анализатора для измерения модуля полного сопротивления (импеданса) и углов фазового сдвига тока и напряжения в проводящих аэрозолях выдыхаемого воздуха в широком диапазоне значений электрического сопротивления и зондирующей частоты.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   В современной медицине анализ молекулярного состава и физико-химических свойств биологических сред является одним из важнейших инструментов для диагностики и контроля за состоянием организма и течением патологических процессов. Однако большинство методов лабораторной диагностики (биохимический, иммуноферментный, иммунофлюоресцентный, радиоимунный и др.) оказываются весьма дороги и требуют продолжительного времени, наличия хорошо оснащенных лабораторий, сложного оборудования, дефицитных и дорогостоящих реагентов и материалов, высоко-квалифицированного медицинского персонала. По сравнению с ними биоимпедансометрия (измерение полного электрического сопротивления биологической среды переменному току) является несравненно более простым и дешевым методом инструментального исследования.

   Основная оригинальная идея предложенного метода заключается в насыщении путем ингаляции дыхательных путей пациента взвесью мельчайших капель проводящего физиологического раствора для повышения омической проводимости дисперсного воздушного аэрозоля до таких значений, которые можно уверенно регистрировать импедансометрическим анализатором.

   Создана лабораторная модель портативного медицинского прибора для измерения параметров выдыхаемого пациентом воздуха при высоких значениях электрического сопротивления (до 100 кОм) в широком диапазоне частот (от 10 Гц до250 кГц).

   Актуальность исследования обусловлена неизученностью параметров электропроводности биологических дисперсных аэрозолей, необходимостью совершенствования диагностической и лечебной помощи больным бронхолегочными заболеваниями, создания диагностических приборов нового поколения, внедрения инновационных методов диагностики заболеваний внутренних органов и оказания медицинской помощи.

   Предложенный оригинальный экспресс-метод диагностики по данным импедансометрии состояния и жизнеспособности дыхательных путей и легочных тканей и выявления их патофизиологических изменений может быть использован для оценки динамики течения ряда социально значимых актуальных легочных заболеваний.
   Рук. д.ф.м.н. Зуев А.Л., т.(342) 237-83-14, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

38. «Проблемы создания глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникационных систем и сетей. Развитие технологий и стандартов GRID»

1. Разработана и реализована структура каналов связи научно-образовательной DWDM магистрали Пермь-Екатеринбург.
   Подробнее Скрыть подробности
   
   

   По DWDM технологии на участке «ПНЦ (Пермь, Ленина 13а) – СКЦ ИММ (Екатеринбург)» сформирована структура скоростных гарантированных каналов связи: 8х1Гбит/с + 2х10Гбит/с + 13?. Обеспечена возможность увеличения скорости до 1,6 Тбит/с. По CWDM технологии выполнено подключение ресурсов ИМСС (Пермь, Королева 1) на скорости 40 Гбит/с к DWDM тракту в ПНЦ для построения совместно с ресурсами СКЦ ИММ распределенной вычислительной среды.Ethernetкоммутирующее оборудование Cesarформирует слой негарантированных каналов связи 3 х 10Гбит/с + 24 x 1 Гбит/с.

   Гибкая и масштабируемая инфраструктура каналов связи предназначена для исследования различных аспектов параллельных, распределенных, сетевых и облачных вычислений.

   
   Рук. к.т.н. Масич Г.Ф., т.(342) 237-83-76, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

• Prev
• Next