Лаборатория механики аномальных жидкостей (до 1978 г.), гидродинамики (до 1982 г., гидромеханики (1991 г.), которая создавалась для поиска наиболее актуальных научно-практических проблем и активного участия в их решении, с самого начала строилась как экспериментально-теоретическая. Собственная экспериментальная база, оснащенная современным оборудованием, существенно повышала эффективность исследований.
Созданием лаборатории механики аномальных жидкостей руководил и все деятельную жизнь в ней проработал тонкий, математически подготовленный экспериментатор Виталий Николаевич Калашников, окончивший и Нефтехимический институт им. Губкина и мех-мат МГУ имени М.В. Ломоносова. Одним из основных направлений исследований был эффект снижения трения в ньютоновских жидкостях (в воде и керосине, в частности) малыми добавками высокомолекулярных веществ. Был создан ряд экспериментальных установок, на которых изучалось влияние полимеров на течения в трубах постоянного и переменного сечения, а также на вихри (Кармана, Тейлора, Сафмена-Тейлора, Калашникова-Циклаури), струи и следы. Изучалась возможность снижения турбулентного трения и уменьшения шумов при обтекании тел (внешняя и внутренняя задачи), управлении тепло- и массо-переносом, улучшения нефтеотдачи, повышения абразивного разрушения твердых материалов, увеличения дальнобойности струй пожарных установок. Лаборатория стала головной по внедрению новых методов изучения течений - термоанемометрических и лазерных доплеровских измерителей.
В конце 70-х годов особую актуальность начали приобретать вопросы гидроаэродинамики окружающей среды. Произошла смена тематики и в лаборатории, которую возглавил профессор (в настоящее время академик РАН) А.И. Леонтьев начались исследования стратифицированных по плотности жидкостей, на первом этапе преимущественно теоретические. Для развития экспериментальной базы, по рекомендации академика С.А. Христиановича, 1981 г. в Институт из ВНИИФТРИ был приглашен д.ф.-м.н. Ю.Д. Чашечкин.
В лаборатории начали создаваться и непрерывно совершенствоваться стенды для изучения внутренних волн, многокомпонентной конвекции, компактных вихрей, вихревых систем, струй, следов и других типов течений. В качестве основных инструментов визуализации были выбраны высокочувствительные теневые приборы отечественной разработки (ИАБ-451, ИАБ-458, ИАБ-463), которые дополнялись моно- и бистатическими гидролокаторами, контактными измерителями температуры, удельной электропроводности, скорости звука собственной разработки и создаваемых в содружестве с другими институтами.
Постепенно были созданы стенды для моделирования стратифицированных течений, включающие гидрооптические бассейны различных размеров и вспомогательные устройства. Установки оснащены современными системами управления экспериментом, сбора и представления измерительной информации, которые позволили связать отдельные стенды в единый Гидрофизический комплекс. Работы по его созданию регулярно поддерживались грантами Министерства образования и науки РФ, Президиумом РАН, Отделением энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, РФФИ.
Гидрофизический комплекс ГФК ИПМех РАН предназначен для изучения эффектов вращения и стратификации, анализа тонкой структуры течений неоднородных жидкостей. Он включает масштабный ряд гидрооптических бассейнов с оптическими иллюминаторами высокого качества, позволяющими получать интерферограммы и теневые картины течений. Бассейны оборудованы индивидуальными системами визуализации, контактными измерителями температуры, удельной электропроводности, скорости звука; акустическими системами моно- и бистатической гидролокации; лазерными дистанционными измерителями поверхностного волнения; вычислительными системами для управления экспериментом и обработки данных, специализированными вспомогательными механизмами и устройствами для буксировки моделей, создания различных типов течений. Система подготовки экспериментов включает устройства создания стратификации заданного типа и прямого измерения профиля периода плавучести. По техническим возможностям; полноте методики, объединяющей оптические, акустические и локальные контактные инструменты, достигнутым характеристикам комплекс не имеет отечественных и зарубежных аналогов.
Комплекс позволяет изучать динамику и структуру инерциальных, поверхностных, внутренних и акустических волн; компактных вихрей и вихревых систем; тепловых, концентрационных и многокомпонентных конвективных течений, а также всплесков, струй, следов с различными коэффициентами подобия.
Комплекс обеспечивает следующие технические показатели:
Рабочие среды: вода, стратифицированные водные растворы минеральных солей, прозрачные растворы органических веществ.
Диапазон параметров моделирования:
Период плавучести: 3-30 с, а также однородная жидкость;
Скорости моделей: 0.0001-3 м/с;
Размеры моделей: 0.01-0.3 м.
Относительная погрешность измерения периода плавучести - не более 3%.
Относительные погрешности измерения параметров физических полей (скорости, плотности, температуры) - не более 5%.
Разрешающая способность оптических инструментов - не хуже 0.1 мм.
Пространственное разрешение контактных датчиков - не хуже 1 мм.
Пространственное разрешение по акустическому каналу - не хуже 2 мм.
Рабочая частота гидролокатора - 1 МГц.
Программная среда обработки данных - Matlab.
Каждый из гидрооптических бассейнов оборудован уникальным теневым прибором (ИАБ-451, ИАБ-458, ИАБ-463), модифицированным для регистрации оптических возмущений в стратифицированных водных растворах - средах с большими вариациями градиента плотности. Моно- и бистатические гидролокаторы включают малоинерционные системы управления излучением и приемом сигналов, обеспечивающими отсечку паразитных и сторонних источников звука и прецизионную локализацию области рассеяния. Контактные измерители снабжены дополнительными устройствами для контроля стратификации и динамической градуировки непосредственно в условиях эксперимента.
Поддержка позволяет совершенствовать экспериментальную базу, расширять тематику исследований. В последние годы изучаются механизмы переноса вещества в течениях различных типов и масштабов. Созданы новые стенды для исследования вихревых течений с кручением и микротечений.
Исследовательская работа строится в тесном контакте с Высшими учебными заведениями (МИФИ, МФТИ, МГУ, МВТУ им. Н.Э. Баумана). Начиная с 1997 года на базе лаборатории функционирует филиал кафедры Физики моря и вод суши физфака МГУ имени М.В.Ломоносова (заведующий кафедрой - профессор К.В. Показеев). В 2009 году по предложению декана Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова профессора В.И.Трухина филиал кафедры физики моря и вод суши преобразован в Научно-образовательный центр (НОЦ МГУ в ИПМех РАН) "Потоки и структуры в жидкостях (физика геосфер)".
Студенты различных специальностей проходят практику на уникальных установках комплекса, выполняют студенческие и полноценные научные работы, поступают в аспирантуру ИПМех РАН, успешно защищают кандидатские диссертации.
В результате экспериментально наблюдались и получили теоретическое обоснование такие новые, ранее неизвестные явления, как:
установление пространственно упорядоченной картины свободных конвективных течений над точечным, линейчатым или плоским источниками тепла в непрерывно стратифицированной среде;
формирование высокоградиентных прослоек и движущихся к источнику вихрей в областях пересечения оболочек пучков периодических гравитационных волн в непрерывно стратифицированной жидкости;
образование висящих разрывов в поле присоединенных внутренних волн за горизонтальным цилиндром;
рассогласование симметрии обтекаемого препятствия и геометрии плотностного следа: след кругового сечения за сферой в однородной жидкости трансформируется в призматический след (с выраженными угловыми точками) в непрерывно стратифицированной жидкости;
формирование последовательностей полосчатых структур на препятствиях и их постепенная трансформация в вихревые системы;
образование спиральных рукавов и окрашенных поверхностей на свободной поверхности и в толще составного вихря в однородной жидкости;
генерация разделенных звуковых пакетов при ударе свободно падающей капли о поверхность воды.
В результате теоретического анализа фундаментальной системы уравнений движения неоднородных жидкостей методами сингулярной теории возмущений идентифицировано ранее неизвестное семейство тонкоструктурных компонент течений, которые описываются сингулярно возмущенными функциями. Такие компоненты существуют не только вблизи контактных поверхностей, но и в толще жидкости. С действием вязкости связано формирование двух различающихся типов течений. Тонкоструктурные компоненты влияют на процессы формирования и переноса завихренности, диссипацию механической энергии движения, реструктуризацию и перенос вещества.
Лаборатория регулярно организует российские и международные семинары, конференции, коллоквиумы, школы, принимает участие в организации крупнейших международных научных мероприятиях, таких как Генеральные Ассамблеи Европейского Геонаучного союза (European Geosciences Union) и Американского геофизического союза (EGU). Сотрудники лаборатории активно публикуют научные статьи и выступают с докладами на различных конференциях.
Состав лаборатории
webmaster
новости
устав и выборы директора
