Отделы
Отделы НИИ ПММ ТГУ. Нажмите на отделе для получения подробной информации.
|
Отдел математической физики |
|
Работа носит фундаментальный характер и проводится по следующим направлениям:
1. Теоретическое изучение закономерностей течения смеси газ – жидкие частицы с учетом физики «элементарных» процессов взаимодействия, как между частицами, так и между частицами и газовой фазой.
2. Разработка новых физических моделей многофазных сред, учитывающих сложнейшие физико-химические процессы, протекающие в таких средах.
3. Создание эффективных разностных схем и численное исследование многомерных задач газовой динамики и двухфазных течений.
4. Решение вариационных задач оптимального профилирования сопел и каналов.
Методами математической физики исследованы закономерности процессов и явлений, протекающих при взаимодействии жидкой одиночной капли с газом и жидких капель друг с другом.
Теоретически показано, что при достижении некоторого критического момента вращения происходит ветвление равновесной формы: осесимметричная форма капли переходит в неосесимметричную.
Детально разработан кинетический подход для создания математических моделей, на его основе развиты модели, описывающие поведение частиц, в частности модели с учетом коагуляции, дробления, вращения и хаотического движения частиц, возникающего вследствие их столкновений.
Созданы эффективные разностные схемы для интегрирования «жестких» систем дифференциальных уравнений, описывающих двухфазные течения. Для интегрирования смешанных течений разработан метод квазиустановления и метод приближенной факторизации.
С использованием созданных физико-математических моделей, описывающих двухфазное полидисперсное течение с учетом коагуляции, дробления, вращения частиц, процессов кристаллизации, конденсации, химической и двухфазной неравновесности, на основе эффективных разностных схем и алгоритмов расчета реализованы вычислительные комплексы, позволяющие исследовать структуру течений в энергоустановках с учетом реально протекающих процессов и определять с высокой точностью их энерго – тяговые характеристики двигателей и вольт-амперные характеристики МГД генераторов.
Вычислительные комплексы включают в себя широкий набор модулей, позволяющих решать задачи различной степени сложности, начиная от одномерных и кончая пространственными, для любых конфигураций сопел и каналов.
Особенно эффективными развитые методы исследования двухфазных течений оказались при применении их к проектированию сверхзвуковых импульсных МГД генераторов. Так, разработанные совместно с сотрудниками ТРИНИТИ им. И.В. Курчатова вычислительные комплексы «Канал-1» и «Канал-2» были успешно использованы при создании МГД генераторов «Союз», «Союз-2М» и т.д.
Второе направление, которое интенсивно развивается в отделе связано с созданием совестно с ОАО «ИСС» им. акад. М.Ф. Решетнева интегрированной системы автоматизированного выбора и многопараметрической оптимизации основных проектных параметров конструктивно-компоновочной схемы космического аппарата (КА) с негерметичным приборным отсеком (ИС «Градиент»).
Интегрированная система позволяет в рамках единой математической и геометрической модели КА в реальном физическом времени проводить комплексные расчеты и получать количественные оценки:
1. Освещенности элементов конструкции при штатной ориентации в орбитальном полете, достаточности радиационных поверхностей для обеспечения требуемого температурного режима узлов и блоков бортовой аппаратуры (БА), допустимую величину внутренней тепловой нагрузки;
2. Достаточности габаритов отдельных модулей и приборных отсеков (ПО) в сборе для компоновки теплонагруженных блоков и узлов БА, оптимального размещения приборов на сотопанелях модулей ПО и оптимальной прокладки тепловых труб (ТТ) для обеспечения заданного температурного режима функционирования БА;
3. Многомерных нестационарных температурных полей для анализа возможных диапазонов изменения температур узлов и блоков БА в ПО и потребной величины компенсирующего электрообогрева для каждого конкретного блока БА на всех режимах эксплуатации КА на орбите;
4. Термоупругого (напряженно-деформированного) состояния конструкции КА в условиях штатной эксплуатации;
5. Моментно-центровочных характеристик и геометрической стабильности конструкции с количественным определением границ возможных относительных смещений основных конструктивных узлов и блоков;
6. Оптимизации конструктивно-компоновочных схем КА по массово-энергетическим параметрам.
Третье направление, которое выполнялось в отделе, было связано с теоретическими исследованиями в области внешней аэродинамики и было посвящено решению задач о движении КА в атмосфере Земли. В рамках различных гидродинамических моделей были реализованы вычислительные комплексы и на их основе выполнены исследования для тел различных форм с учетом сложных физико-химических процессов, протекающих в высокотемпературном слое около поверхности тел. К сожалению, эти работы в настоящее время в отделе не развиваются.
Благодаря приобретению ТГУ суперкомпьютера и программного обеспечения, появилась возможность оперативно решать многие прикладные задачи механики. Отдел активно использует эту возможность и поэтому спектр решаемых задач существенно увеличился и охватывает другие направления механики.
Следует отметить, что работы, проводимые в отделе, носят комплексный характер и выполняются совместно сотрудниками и студентами физико-технического и механико-математического факультетов и других отделов института. Большинство работ, выполняемых в отделе, осуществляется под научным руководством профессора Васенина И.М. Руководителем отдела был профессор Глазунов А.А. В настоящее время профессор ТГУ Бутов В.Г.
Под началом профессора Бутова В.Г. в Центре проектирования технологических разработок и изделий Томского госуниверситета, основными специалистами которого являются сотрудники отдела математической физики, на данный момент проведен широкий спектр работ с различными предприятиями не только г. Томска, но и организациями, представляющими другие регионы, в том числе гг. Москва, Санкт-Петербург. В эти работы включены не только решение задач гидро- и газодинамики, но и задач прочности, проектирования, оптимизации. Большой интерес у заказчиков вызывают задачи совместного анализа, например, прочности и гидродинамики, прочности и теплообмена и т.д. В качестве иллюстраций к проведенным работам можно привести следующие примеры.
Сотрудники центра участвовали в разработках активаторной машины и шахтного вентилятора, расчете гидравлической схемы баков-дозаторов и их сейсмической стойкости (ООО «Пожнефтехим», г. Санкт-Петербург), принимали участие в расчете ветровой нагрузки и совместном прочностном анализе наземных антенн-рефлекторов (ООО НПФ «Микран», г. Томск). Центр принимает участие в большом цикле работ по проектированию крупногабаритных трансформируемых антенн-рефлекторов (ОАО «ИСС» им. Решетнева М.Ф., г. Железногорск).