Передача: "Ни дня без науки" на радиостанции «Эхо Москвы» в Перми, ведущий: Владимир Соколов.

Гости: Татьяна Любимова, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией  Вычислительной гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН; Валерий Матвеенко, директор Института механики сплошных сред Ур ОРАН, председатель Пермского научного центра УрО РАН
Передача: "Ни дня без науки"

ВИЗИТКА:

Татьяна Любимова, доктор физико-математических наук, профессор, зав. лабораторией Вычислительной гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН, профессор кафедры теоретической физики ПГНИУ, Лидер Пермской гидродинамической научной школы, руководитель Пермского гидродинамического семинара, член Совета по космосу РАН, член двух экспертных групп Европейского космического агентства, член Научно-технического совета Камского водного бассейнового управления.

В 1971 году окончила Пермский государственный университет, физический факультет, по специальности «Физика». После чего поступила в аспирантуру. В 2002 году заняла должность заведующей лабораторией Вычислительной гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН.

Научные интересы: конвекция и гидродинамическая устойчивость, теоретические и экспериментальные исследования явления.

Конвективные явления широко распространены в природе. Они также играют важную роль в различных технологических процессах, поэтому важно найти способы управления конвективными движениями. Изучаются такие способы управления, как механические вибрации, электромагнитные поля и др.

Учёными предложено использовать вращательные вибрации для воздействия на процессы выращивания кристаллов. Применяя такие вибрации, удается подавить конвективные течения в процессе кристаллизации, значительно увеличить скорость роста и улучшить структуру выращиваемых кристаллов. Вибрации позволяют управлять как конвективными течениями, так и процессами фазового разделения. Изучение влияния вибраций на поведение твердых, жидких и газовых включений в жидкости позволяет разработать новые технологии разделения многофазных сред с помощью вибраций. Теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия газового пузырька и твердой частицы в потоке жидкости при ультразвуковом воздействии помогает в разработке научных основ обогащения минерального сырья с помощью флотации. Этот метод широко применяется на предприятиях калийной промышленности.

Моделирование динамики водных масс и распространения загрязняющих примесей в крупных поверхностных водных объектах. Полученные в этом направлении результаты позволили решить целый ряд задач, имеющих существенное значение для экологии и экономики Пермского края и России. Предложенная схема селективного  отбора воды на Чусовском водозаборе позволила достичь нормативных требований по жесткости воды без создания очень дорогостоящих технологических  установок по умягчению забираемой воды.

 - Татьяна Петровна, все-таки чтобы всем было понятно, чем вы занимаетесь?

Татьяна Любимова: Мы занимаемся теоретическими исследованиями в области гидродинамики. В Перми есть пермская научная гидродинамическая школа. Она возникла в 1946 году. Главным направлением исследований в этой школе стала тепловая конвекция - перенос жидкости, течения, возникающие из-за неоднородности температуры. Эти явление вначале исследовались для нефтяников, и первые задачи, которые решались - это теплообмен в трубах. Конечно, впоследствии тематика расширилась.

- Вот труба, по ней идет нефть. Какая разница, какой она температуры?

Татьяна Любимова: Есть нефти высоковязкие, и в некоторых случаях приходится применять нагрев, чтобы она текла. С этого все началось. Практический интерес вылился в совершенно фундаментальные результаты, уравнения конвекции. Потом это стало развиваться. Вначале многие явления были не исследованы. Они исследовались фундаментально, и начали развиваться приложения задач не только тех, с которых все началось. Эти явления, например, могут быть уместны в аппаратно-химической технологии. У нас в Перми предприятий химической промышленности много.

- У вас были эксперименты на МКС.

Татьяна Любимова: Там мы впервые провели эксперименты совместно с зарубежными коллегами. Но первый эксперимент мы провели не на МКС, но в условиях микрогравитации - это был эксперимент по влиянию конвекции на выращивание полупроводниковых кристаллов. Понятно, что полупроводники - это важно. Мы исследовали конвекцию в жидкой зоне. В космосе конвекция возникает, если коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры. Эту конвекцию мы исследовали в космосе с коллегами из университета Фрайбурга. Они проводили эксперимент, а мы перед этим проводили численное моделирование и на его основе рекомендовали им параметры воздействия, которые подавляют конвективные течения, чтобы кристалл был однородным. Если конвекция слабая, то она монотонная. Если она осциллирующая, получаются колебания, что приводит к неоднородности кристаллов. Это плохо.

- А на Земле возможно вырастить правильный кристалл?

Татьяна Любимова: На Земле можно вырастить маленький кристалл, а в космосе большой.

- И вы рассчитываете правильность воздействия ультразвука, частоту и т.д.?

Татьяна Любимова: Да, мы им рекомендовали амплитуду, частоту для того, чтобы достичь желаемых результатов. Они нашими рекомендациями воспользовались, все получилось. После возвращения на землю они проанализировали результаты, и стало понятным, что наши рекомендации помогли вырастить более правильный кристалл.

Валерий Матвеенко: А я, как директор института, гордился, когда на международных сайтах появилась информация об этом и других экспериментах, где среди организаций-участников я видел логотип нашего института.  

- Вы поняли, как вырастить правильный кристалл. Наладить промышленное производство в космосе запредельно дорого. Как наладить его на земле.

Валерий Матвиенко: Как говорится, нет ничего практичнее фундаментальной науки. Я бы попросил Татьяну Петровну привести пример, в котором интерес испытывает любой пермяк. Я говорю о явлении, обнаруженном на Чусовском водозаборе. Это позволит нам пить воду лучшего качества.

Татьяна Любимова: Одно из направления нашей деятельности - моделирование распространения загрязняющих примесей в турбулентных потоках крупных водных объектах - наших реках. При реконструкции Чусовского водозабора встал вопрос о том, как лучше сделать заборное устройство, чтобы качество воды повысить. В этом направлении мы работаем совместно с гидрологами - с лабораторией Гидрологии и суши Горного института УрО РАН. Мы исследовали течение. Чусовской водозабор находится ниже места слияния Сылвы и Чусовой. Вода в них отличается содержанием солей. В Сылве жесткость в три раза больше, чем в Чусовой. Мы исследовали гидродинамические режимы и распространение примесей. Мы проводили трехмерные расчеты, которые раньше никто не проводил. Мы обнаружили, что при течении, когда скорость потока невелика, а именно - зимой, происходит такое явление, как образование крупномасштабного вихря, который занимает несколько десятков километров вверх по течению обеих рек. И в этом вихре вода из Сылвы течет вверх по Чусовой в нижнем слое, а вода из Чусовой движется в верхнем слое вверх по течению Сылвы. Это связано с разной плотностью. Это приводит к тому, что до водозабора доходит жесткая вода. Когда проводилась реконструкция водозабора, эти данные уже учитывались. Мы посоветовали сделать донный барьер, чтобы вода из верхнего слоя притекала к заборному устройству.

- Любое нарушение естественного хода вещей в природе приводит к каким-то последствиям. Вы это учитываете?

Татьяна Любимова: Мы рекомендуем оптимальные с экологической точки зрения решения.

- Вы сделали открытие для двух этих рек. Где-то это опубликовано, может быть использовано?

Татьяна Любимова: Это опубликовано в международном гидрологическом журнале. У нас были очень хорошие рецензенты, была хорошая дискуссия.

Валерий Матвеенко: Это только пример. И для Добрянки были получены важные результаты. И для Березников. Сейчас Татьяна Петровна готовит предложение для атомщиков, которые собираются строить АЭС в Турции. Я думаю, мы туда вмешаемся.

Татьяна Любимова: Одна из двух задач, которые мы в последнее время исследовали - это распространение теплового пятна от Добрянской ГРЭС. Это нагретое пятно воды. Через выпускное устройство ГРЭС выбрасывается теплая вода. Они собираются строить еще один энергоблок, и в связи с этим необходимо было понять, какие будут последствия. Оказалось, что при некоторых направлениях ветра это тепловое пятно движется вверх по течению и достигает места, где забирается вода самой ГРЭС. Это для них совершенно нежелательно. Кроме того, это влияет на рыбные хозяйства.

- А вы с биологами, экологами сотрудничаете?

Татьяна Любимова: Да. Это был большой контракт, в рамках которого мы проводили трехмерные расчеты распространения теплового пятна вместе с гидрологами. А другая часть проекта касалась рыбного хозяйства. Исследования носили междисциплинарный характер. В процессе исследований мы взаимодействуем с гидрологами. Например, с этим крупномасштабным вихрем - когда мы рассказывали об этом гидрологам, им было абсолютно непонятно что такое возможно. Но эксперименты, измерения подтвердили наши заключения.

- Ваши исследования сразу находят свое практическое применение или есть что-то, что вы исследуете просто из научного интереса?

Татьяна Любимова: Конечно, много задач в области гидродинамической устойчивости, конвекции, неоднородно нагретой жидкости. Мы проводим фундаментальные исследования. Во многих случаях недостаточно теоретических подходов, которые существуют. Приходится разрабатывать новые. Например, мы сейчас занимаемся исследованием и реализацией на МКС расчетов для многокомпонентных смесей. В нашем случае проводятся исследования смесей из трех компонентов. Все компоненты разные. Изучаем термодиффузию - это перенос при наличии градиента температуры. Если смесь изначально была однородно распределена по компонентам, то при наличии градиента температуры возникнет разделение смесей. Теории этого явления существуют, но они противоречивы, поэтому надо проводить исследования. Для того, чтобы применять теорию, необходимо знать коэффициенты диффузии, термодиффузии. По ним тоже мало данных. На практике это надо знать, например, для прогнозирования перераспределения углеводородов, а они многокомпонентны. Ну и вот мы проводим расчеты на МКС с очень большой европейской группой. Это экспертная группа европейского космического агентства, в которую я вхожу. Основные участники - это Свободный университет Брюсселя, университет Ройта в Германии, японская, канадская группы, все европейские страны. Недавно мы провели практику, когда берется проблема, ее исследуют все группы, а потом сравниваются результаты.

Валерий Матвеенко: У Татьяны Петровны очень серьезное соглашение с российским космическим агентством, но самое удивительное, что эти контакты были в определенной мере навязаны нашими зарубежными партнерами. Они, взаимодействуя с Российским космическим агентством, спросили - а почему вы не работаете с Татьяной Петровной? И после этого она получила не только большие контракты, но и стала членом Совета по космосу.

- Может быть, это ваша недоработка, а не РКА?

Татьяна Любимова: Вообще-то мы известны в научном мире. А наше РКА решило повернуться к нам. Международные эксперименты в космосе - это важно. Это сокращает затраты, и когда участвуют столько специалистов из разных стран, результаты становятся лучше.

Валерий Матвеенко: Важно то, что наша работа с зарубежными партнерами - это равноправное сотрудничество.

Татьяна Любимова: Когда я приезжаю, например, в Париж, там у нас участвуют три страны - Бельгия, Франция и Великобритания. В Париже мы выполняем исследования, пишем статьи. При этом если приходят представители других групп, они указывают на меня как на эксперта.

Валерий Матвеенко: У Татьяны Петровны самый старший в лаборатории - 35-37 лет. Очередь работать в этой лаборатории достаточно длинная. Многие ребята, и это нормальная практика, по году, по полгода работают за рубежом, но не остаются там, а с удовольствием возвращаются. Татьяна Петровна, в чем успех?

Татьяна Любимова: То, чем мы занимаемся, это интересно.

- Я думаю, это не менее интересно и в других странах.

Татьяна Любимова: У нас высокий уровень исследований. Они ездят, сравнивают и понимают это. У нас довольно много грантов, есть молодежные гранты, есть грант недавно возникшего российского фонда на поддержку существующей лаборатории. Нас отметили как очень эффективную лабораторию, в которой работают молодые ученые.

- Откуда вы берете кадры?

Татьяна Любимова: У меня все из классического университета с кафедры теоретической физики.

- А возможно к вам попасть тем со стороны, кто заинтересовался?

Татьяна Любимова: Поступить на физический факультет (смеется). Мы рады сотрудничеству с другими лаборатории. Долен быть интерес, высокий уровень исследований.

Валерий Матвеенко: Надо еще сказать, что мы не нищие и убогие. Уровень финансирования достаточно хорош.

- Сейчас появился новый уровень исследований - когда открытия делает не один-два сумасшедших ученых, а работает группа из разных вузов с разными специальностями.

Татьяна Любимова: Конечно. Сейчас и делаются открытия, которые раньше были невозможны. Задачи, которые мы решаем в области распространения загрязняющих примесей - это очень сложная задача. Она требует численных исследований и использования суперкомпьютера.

Если проводятся аналитические исследования, большого оборудования не надо. Если проводятся сложные исследования рек, как в нашем случае, они проводятся на суперкомпьютере. У нас есть кластеры в лаборатории, в институте, ну и самые мощные  - это суперкомпьютер Уральского отделения Института математики и механики в Екатеринбурге. Когда мы изучаем многокилометровые вихри - это очень много показателей, изменяющихся во времени.

Валерий Матвеенко: У нас есть компьютеры и в классическом университете. Это тоже суперкомпьютеры. Но есть топовые, которые входят в пятерку, десятку. Не может в каждой деревне стоять суперкомпьютер, но в каждой деревне должна быть возможность пользоваться суперкомпьютером.

- В этом отношении мы уступаем Франции, Японии.

Татьяна Любимова: В этом отношении сейчас ситуация хорошая. Когда я первый раз приехала в Марсель, я там начала решать задачу на их суперкомпьютере, а потом, когда вернулась в Пермь, продолжать было очень сложно. У нас были компьютеры классом ниже. Сейчас у нас ситуация очень хорошая.

- Татьяна Петровна, расскажите о ваших планах и что вам для этого нужно?

Татьяна Любимова: Сейчас мы создаем лабораторию. Мы изучаем влияние вибраций разного типа, и многого в этом достигли. Сейчас возникла новая тема в применении вибрационных воздействий на процесс флотации - разделения. Есть поток жидкости, в котором есть пузырьки, которые всплывают, и есть твердые частички, которые прикрепляются к пузырькам. Получается пенный продукт - пульпа. Таким образом, например, можно разделить KCl и NaCl. Процесс флотации входит в производственный процесс Уралкалия. Мы предложили использовать ультразвук, чтобы повысить эффективность разделения. Сейчас мы начали это исследовать теоретически и экспериментально. Уралкалий и Еврохим проявили к этому интерес. Экономически эффект будет большой, и это повлияет на экологию.

Интервью можно прочитать на сайте Эхо Москвы в Перми.

• Назад