Отделы
Отделы НИИ ПММ ТГУ. Нажмите на отделе для получения подробной информации.
|
Отдел аэромеханики и теплофизики |
|
При организации НИИ прикладной математики и механики основной костяк лаборатории, а затем отдела прикладной аэромеханики и тепломассообмена составили ученики профессора В.А. Шваба. Вениамин Андреевич многие годы был научным руководителем отдела, принимал самое непосредственное участие в создании и развитии принципиально новых методов производства и переработки порошкообразных материалов в несущей среде – воздухе. Пневматические методы порошковой технологии разрабатывались в НИИ ПММ прежде всего применительно к задачам ряда предприятий ВПК. Расширение в плане конверсии сферы применения разработанных установок, аппаратов и приборов в гражданских областях промышленности, в том числе в химической промышленности, порошковой металлургии и машиностроении, показали не только их высокую эффективность, но и позволили в некоторых случаях реализовать принципиально новые технологические процессы производства и переработки порошков.
С начала 80-х годов Томская школа становится ведущей в СССР в области порошковой технологии. Это подтверждается огромным количеством заказчиков из различных отраслей народного хозяйства, развитием широких связей с отраслевыми и академическими научными организациями, участием во множестве всесоюзных, отраслевых и республиканских программ и выставок, большим вниманием к данным работам со стороны руководства области и страны. На базе НИИ ПММ регулярно стали проводиться всесоюзные научно-практические семинары по порошковой технологии с участием руководителей различных министерств и ведомств. Подтверждением важности проводимых работ является также неоднократное выделение госбюджетных средств на них Госкомитетом по науке и технике, организация в составе отдела двух отраслевых лабораторий (Минхимпрома СССР и Минсредмаша). В период своего максимального развития в состав отдела прикладной аэромеханики и тепломассообмена входили 5 лабораторий с общей численностью сотрудников более 120 человек. Большой вклад в развитие данного научного направления внесли ведущие сотрудники отдела В.В. Егоров, В.А. Смоловик, Ю.А. Бирюков, А.Т. Росляк, А.В. Шваб, М.В. Василевский, А.А. Демиденко, П.Н. Зятиков, Л.Н. Богданов, В.К. Никульчиков, Н.Г. Квеско. Создание данной школы именно в Томском университете было обусловлено высоким уровнем физико-математической подготовки специалистов и направленностью их научно-технической деятельности на решение актуальнейших для того времени государственных проблем укрепления обороноспособности страны.
Основными научно-техническими достижениями коллектива в области пневматических методов и аппаратов порошковой технологии являются следующие:
- Создан ряд принципиально новых способов пневматического транспортирования, измельчения, классификации, смешивания, сушки, гранулирования дисперсных материалов, систем пылеулавливания, методов анализа гранулометрического состава порошков, технологических процессов комплексной переработки субмикронных и ультрадисперсных порошков.
- Проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований аэромеханики гетерогенных потоков, на основе которых разработаны методы математического моделирования и технических расчетов аппаратов порошковой технологии.
- Разработано на уровне технической документации около 100 конструкций аппаратов, установок и приборов. Более 120 единиц оборудования передано в 65 организаций страны как для проведения научно-исследовательских работ, так и для эксплуатации непосредственно в серийном производстве.
В области тепломассообмена под руководством профессора В.А. Шваба в начале 70-х годов были начаты поисковые работы по решению фундаментальных проблем тепломассопереноса при высоких температурах. Большой цикл экспериментальных исследований позволил создать физические модели высокотемпературного разрушения различных материалов при интенсивном тепловом и газодинамическом воздействии внешней среды. Были получены теоретические решения ряда сложных задач тепломассопереноса для областей с подвижными границами, имеющие большое прикладное значение. Сотрудники отдела являются авторами решения крупной научной задачи, связанной с математическим моделированием теплофизических процессов в негерметичных приборных отсеках космических аппаратов типа спутников связи, телерадиовещания, навигации. Разработанные коллективом в составе Г.В. Кузнецова, В.А. Буракова, С.Ф. Санду, А.Н. Козлобродова, В.П. Рудзинского математические модели и методы расчета температурных полей в элементах конструкций приборных отсеков космических аппаратов не имеют до настоящего времени аналогов в России и за рубежом.
Исследования в области взаимодействия высокоэнтальпийных потоков с материалами и телами различной формы связаны с тепловой защиты спускаемых космических аппаратов, движущихся по заданной траектории входа в атмосферу Земли с учетом процессов термохимического разрушения в широком диапазоне изменения чисел Маха и Рейнольдса. Развиты эффективные и экономичные численные методы, в том чис-ле и высокого порядка точности, для решения нелинейных систем дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих течения в рамках различных гидродинамических моделей: идеального газа, пограничного слоя, вязкого ударного слоя, параболизованных и полных уравнений Навье-Стокса. Указанные задачи были решены для тел различной формы как в осесимметричной, так и в трехмерной постановке с учетом сложных физических и физико-химических процессов, протекающих в высокотемпературном слое около поверхности тела: турбулентного характера переноса, неравновесных гомо-генных и гетерогенных химических реакций, многокомпонентной диффузии, вдува или отсоса газа через проницаемую или разрушающуюся поверхность. Ряд задач решено с учетом вращения тел в полете. Получен ряд аналитических и асимптотических решений указанного круга задач и на их основе выявлены основные особенности и закономернос-ти в структуре течения, предложены важные для практических приложений формулы для расчета тепловых потоков к телам сложной формы, обтекаемых сверхзвуковым потоком диссоциированного воздуха. Экспериментальными методами определены основные теплофизические и кинетические свойства теплозащитных материалов (ТЗМ) и проанализирована перспективность ряда схем активной и пассивной тепловой защиты спускаемых аппаратов, проведено восстановление паспортных характеристик материалов, определены значения тепловых потоков на траектории входа.
К этому направлению примыкают исследования свойств ТЗМ различного состава и их поведения в процессе термохимического разрушения при интенсивном тепловом воздействии. В частности, была разработана математическая теория воспламенения и горения полимеров и композиций на их основе, предложены новые модели пористого и плавящегося реагирующих тел, новые методики экспериментального исследования задач тепло- и массообмена и методики решения обратных задач для создания базы данных с использованием результатов соответствующих экспериментов. Проведенные исследования позволяют прогнозировать основные свойства новых материалов в зависимости от их компонентного состава и давать рекомендации по созданию материалов с заданными свойствами.
За последние годы получены принципиально новые научные результаты, которые обеспечивают определенный приоритет российской вузовской науки не только в стране, но и за рубежом. К этим результатам относятся создание новых способов и оборудования для сверхтонкого измельчения, сепарации, гранулирования и пылеулавливания субмикронных и ультрадисперсных частиц, а также компьютеризированных приборов анализа гранулометрического состава, на базе которых производятся порошки различных материалов с уникальными свойствами. Потребность в разработанном оборудовании и получаемых материалах довольно высока даже в настоящее время прежде всего из-за их очень широкого спектра применения в самых различных отраслях народного хозяйства (агрокомплекс, пищевая, фармацевтическая промышленность, промышленность строительных материалов, порошковая, цветная и черная металлургии, химия, энергетика, машиностроение, станкоинструментальная, электронная, авиационная, автомобильная, атомная и другие отрасли промышленности).