Конвективная и гидродинамическая неустойчивость. Гидродинамика многофазных сред. Вибрационная гидродинамика

Краткое описание направления
Выполнен цикл работ по исследованию небуссинесковских эффектов в свободной тепловой конвекции в рамках обобщенного приближения Буссинеска, позволяющего корректно учесть деформации поверхности раздела.
Выполнен цикл работ по изучению влияния вибраций на равновесие, устойчивость и нелинейную динамику многокомпонентных и многофазных сред. Выявлен новый вибрационный механизм неустойчивости равновесия бинарных смесей, который может приводить к неустойчивости даже в невесомости. Дано объяснение закономерностей формирования структур в суспензиях, эмульсиях и взвесях микроорганизмов, что открывает путь к разработке вибрационных технологий фазового разделения.
Выполнен цикл работ по исследованию влияния нестационарных внешних полей на течения и тепломассообмен при выращивании кристаллов. Обнаружено, что при направленной кристаллизации бинарных сплавов нормальные вибрации способствуют развитию морфологической неустойчивости плоского фронта, а касательные вибрации оказывают стабилизирующее действие; наибольший положительный эффект достигается при применении вращательных вибраций: в этом случае удается достичь значительного улучшения однородности распределения примеси в кристалле и повышения порога морфологической неустойчивости.
Разработаны методы вибрационного воздействия на нефтеносный пласт, позволяющие повысить нефтеотдачу.
Разработаны теоретические модели динамики межфазных поверхностей в пористых средах применительно к проблеме таяния природных гидратов.
Результаты исследований находят применение при разработке методов управления природными явлениями и технологическими процессами. В частности, решаемые задачи имеют первостепенное значение для понимания и предсказания процесса глобального потепления и разработки эффективных мер борьбы с ним, изучения распространения загрязнений воздушными и водными потоками, борьбы со стихийными бедствиями и их последствиями, а также при разработке методов управления процессами выращивания кристаллов и процессами фазового разделения.
 
Библиография нескольких публикаций, характеризующих направление
1.      Gershuni G.Z., Lyubimov D.V.Thermal Vibrational Convection. Wiley; N.Y. et al., 1998.358 p.
2.      Любимов Д.В., Любимова Т.П., Черепанов А.А.Динамика поверхностей раздела в вибрационных полях. М.: Физматлит, 2003. 216 с.
3.      Lyubimov D., Lyubimova T., Vorobev A., Moitabi A., Zappoli B.Thermal vibrational convection in near-critical fluids. Part I. Non-uniform heating// J. Fluid Mech. 2006. 564. 159-183.
4.      Lyubimova T.P., Lyubimov D.V., Morozov V.A., Scuridin R.V., Hadid H.Ben., Henry D.Stability of convection in a horizontal channel subjected to a longitudinal temperature gradient. Part 1: Effect of aspect ratio and Prandtl number// J. Fluid Mech. 2009. Vol. 635.P. 275–295.
5.      Dmitry V. Lyubimov, Tatyana P. Lyubimova and Sergey V. Shklyaev.Behavior of a drop on an oscillating solid plate// Phys. Fluids 2006.18, 012101.
6.      Shevtsova V., Melnikov D., C.Legros J., Yan Y., Saghir Z., Lyubimova T., Sedelnikov G., Roux B.Influence of vibrations on thermodiffusion in binary mixture: A benchmark of numerical solutions// Phys. Fluids. 2007.19. 017111. 
7.      Фрик П.Г.Турбулентность: подходы и модели. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 292 с.
8.      Dobler W., Frick P., Stepanov R.The screw dynamo in a time-dependent pipe flow// Physical Review E. 2003. Vol.67. 056309.
9.      Frick P., Stepanov R., Sokoloff D., Beck R.Wavelet based Faraday Rotation Measure Synthesis// Mon. Not. R. Astron. Soc. Letters. 2010. Vol.401.L24–L28. 
 
Проекты в сфере фундаментальных исследований, выполненных в рамкае направления
1.      Грант РФФИ 06-01-00693 «Теоретическое исследование влияния вибраций на поведение многофазных сред», 2006-2008.
2.      Грант РФФИ-CRDF 09-01-92505-ИК «Гидродинамические модели фильтрации газа и неустойчивости, связанные с высвобождением метана из природных гидратов», 2009-2010.
3.      Грант CRDF RUP1-2945-PE-09 «Нелинейная динамика неоднородных сред. Самоорганизация и управление свойствами функциональных материалов», 2006-2008.
4.      Грант РФФИ 10-01-00679 «Конвекция в устойчиво стратифицированных средах», 2010-2012.
 
Проекты, выполненные по заказам предприятий
1.      Опытно-конструкторские работы по договорам с ракетно-космической корпорацией «Энергия» по разработке научной аппаратуры «Дакон» (ДАтчик КОНвекции) и проведение экспериментов на орбитальной станции «Мир», 1991 – 2000.
2.      Опытно-конструкторские работы по договорам с ракетно-космической корпорацией «Энергия» по разработке научной аппаратуры «Дакон-М» (ДАтчик КОНвекции Модернизированный) и проведение экспериментов на Международной космической станции, 2002 – по настоящее время.
 
Подготовка научных кадров
Имеется аспирантура и докторантура по специальности 01.02.05 «Механика жидкости и газа».
 
Международная научная и образовательная деятельность по направлению
Осуществляется через участие в международных научных и образовательных проектах:
Проект «Сложные жидкости. Моделирование и управление процессами»в рамках Программы трехстороннего сотрудничества «Российско-германско-французский университет».
Партнеры по проекту:
·   Средиземноморский университет, Марсель, Франция
·   Лионский университет, Франция
·   Тулузский университет, Франция
·   Авиньонский университет, Франция
·   Университет Фрайбурга, Германия
·   Потсдамский университет, Германия
·   Университет Карлсруэ, Германия
·   Университет Гиссена, Германия
·   Университет Байройта, Германия
·   Берлинский технический университет, Германия
·   Новосибирский технический университет
·   Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
·   Нижегородский технический университет.
 
Грант INTAS-2000-0617. New ways of active control of flows in liquid systems with interfaces. Applications to crystal growth, for zero gravity or for terrestrial conditions – Новыеспособыуправлениягидродинамическимисистемамисповерхностямираздела. Приложения к выращиванию кристаллов в условиях невесомости и земных условиях.
Партнеры по проекту:
·     Средиземноморский университет, Марсель, Франция
·     Институт кристаллографии университета Фрайбурга, Фрайбург, Германия
·     Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия
·     Пермский государственный университет, Пермь, Россия
·     Московский химико-технологический университет, Москва, Россия
·     Московский государственный авиационный институт, Москва, Россия
·     Московский государственный университет, Москва, Россия

Грант РФФИ – ННС Тайваня «Теоретическое и экспериментальное исследование термоконцентрационных течений и морфологии поверхности раздела при направленной кристаллизации сплавов под действием вращательных вибраций», 2005 – 2008.
Партнеры по проекту:
·   Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия
·   Пермский государственный университет, Пермь, Россия
·   Национальный технологический университет, г. Тайпей, Тайвань
·   Национальный университет, г. Тайпей, Тайвань.
 
Программа по совместным исследованиям и подготовке аспирантовпри финансовой поддержке Министерства исследований и образования Франции. Проект "Modeling and Numerical Simulation of Complex Flows and Applications: management of geo-ecological risks and process control", 2005-2009.
 
Программа АРКУС (Actions en Regions de Cooperation Universitaire et Scientifique) МинистерстваиностранныхделФранции. Проект "Лотарингия - Россия" (Lorraine-Russie). Разделы 6а «Вибрационная динамика и управление», 6б «Космическое материаловедение», 2006-2008.
Партнеры по проекту:
·   Национальный политехнический институт Лотарингии, Нанси, Франция
·   Научно-исследовательское объединение ЕСТ FR633 CNRS, Нанси, Франция
·   Средиземноморский университет, Марсель, Франция
·   Пермский государственный университет, Пермь, Россия
·   Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь, Россия
·   Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия
·   Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск, Россия.
 
Проект CRDF-CGPRUP1-2689-PE-05 «Влияние вибраций и акустического поля на устойчивость движения капель и фронтов вытеснения в пористых средах».
Партнеры по проекту:
·   Пермский государственный университет
·   Университет Мичигана-Диаборна, Диаборн, США
 
В настоящее время осуществляется Программа подготовки эксперимента на МКС по влиянию вибраций на термодиффузионное разделение бинарных смесей.
Партнеры по проекту:
·   Свободный университет Брюсселя, Брюссель, Бельгия
·   Университет Риерсона, Торонто, Канада
·   Средиземноморский университет, Марсель, Франция
·   Пермский государственный университет.

Действует Договор о совместной подготовке аспирантов со Средиземноморским университетом (Марсель, Франция), подготовлен ряд аспирантов; в настоящее время в рамках договора в совместной аспирантуре обучается К.А.Гаврилов, руководитель с французской стороны Доменик Морван, с российской – Д.В.Любимов.

Поделиться информацией: