![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
а) Построение новых математических моделей, описывающих течения многокомпонентных намагничивающихся жидкостей при наличии границ раздела фаз в областях микро-размеров во внешнем электромагнитном поле с учетом необратимых процессов и фазовых превращений. Решение на основе этих моделей задач : о равновесии микрокапель магнитной жидкости на твердой подложке; об установившихся течениях магнитной жидкости и эмульсии капель магнитной жидкости в обычной жидкости в микроканалах и нанотрубках во внешнем магнитном поле с учетом межмолекулярного взаимодействия частиц со стенками. б) Построение новых реологических соотношений для разреженной эмульсии капель слабопроводящей поляризующейся или намагничивающейся жидкости с учетом зависимости от напряженности приложенного электрического или магнитного поля. Решение с этой целью задач: о колебаниях и вращении капли намагничивающейся вязкой жидкости в приложенном однородном переменном магнитном поле; об электровращении и колебаниях капли поляризующейся слабопроводящей вязкой жидкости в приложенном однородном постоянном электрическом поле; о деформации двухслойной капли слабопроводящей жидкости, окруженной другой слабопроводящей жидкостью, в однородном приложенном электрическом поле, меняющемся по гармоническому закону. Будет рассмотрен случай, когда одна из жидкостей содержит поверхностно-активные вещества. в) Решение задач о течениях слабопроводящих сред (типа сильных и слабых электролитов) с учетом различных механизмов электризации в микро и нано-размерных каналах, где характерный размер поперечного сечения канала сопоставим с дебаевским радиусом экранирования в среде. г) Проведение экспериментов по электризации кавитационных микро пузырьков, возникающих в слабопроводящей жидкости в диффузорной области в при движении цилиндрического тела или сферы вдоль стенки с малым зазором. д) Проведение исследований по применению нанодисперсных магнитных жидкостей разного состава на водной основе для медицинских целей. Изучение биомеханических механизмов роста и распространения опухолей на основе разработанных ранее диагностических методов с применением новых магнитных жидкостей с суперпарамагнитными наночастицами.
a) Construction of new mathematical models describing the flow of multicomponent magnetised liquids in the presence of phase boundaries in a micro-sized areas in an external electromagnetic field, taking into account the irreversible processes and phase transformations. The decision on the basis of these tasks models: microdroplets of magnetic fluid balance on a solid substrate; on the steady flow of magnetic fluid and emulsion droplets of magnetic fluid in a conventional fluid in microchannels and nanotubes in an external magnetic field, taking into account the intermolecular interaction of the particles with the walls. b) Construction of new rheological relations for the rarefied weakly conducting polarizing emulsion droplets or magnetizable fluid given depending on the strength of the applied electric or magnetic field. The solution for this purpose tasks: on vibrations and rotations drops magnetizable viscous fluid in the enclosed uniform alternating magnetic field; elektrovraschenii about vibrations and drops polarizing weakly conducting viscous fluid in the enclosed uniform constant electric field; he deformation of the two-layer drops weakly conducting fluid, surrounded by other weakly conducting liquid in a uniform electric field is applied, changing harmonically. the case will be considered as one of the liquids comprises a surfactant. c) solving the problem of flows of weakly conducting media (such as strong and weak electrolytes), taking into account the different electrification mechanisms in the micro and nano-sized channels, where the characteristic dimension of the cross section of the channel is comparable with the Debye screening length in the medium. d) Experiments for electrifying micro bubbles of cavitation arising in a weakly conducting fluid in the diffuser area in the cylindrical body during movement of the sphere along the wall or with a small gap. d) Research on the use of nano-dispersed magnetic fluids of different compositions, water-based for medical purposes. Biomechanical Study of mechanisms of growth and propagation of tumors on the basis of previously developed diagnostic methods using magnetic fluids with new superparamagnetic nanoparticles.
а) Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описаны и проанализированы несколько различных механизмов электризации. Показано, что один из механизмов, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, может быть применен для разработки зондового метода диагностики электронного возбуждения молекул высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов). б) Исследован механизм образования объемного электрического заряда в жидких средах при их течении в каналах микро и нано-размеров, используемых в различного рода устройствах в биотехнологии, фармацевтике и диагностической медицине. Наличие объемного заряда позволяет с помощью приложенного продольного электрического поля управлять движением таких сред в тонких каналах. В частности, без больших трудностей реализуется возможность перемещения жидкости из одного микрообъема в другой, перемешивания двух разных жидкостей в микроразмерном канале и т.п. Использование перепада давления для этих целей практически неосуществимо. в) Построена модель структуры межфазного слоя на границе раздела слабых растворов намагничивающегося поверхностно-активного вещества (НПАВ) в обычных несжимаемых жидкостях во внешнем магнитном поле. Внутри межфазного слоя учитывалась зависимость энергии от концентраций и их градиентов. Показано, что адсорбция НПАВ на границе раздела приводит к анизотропии и существенной зависимости поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля при полях порядка 1 Тл. в) Выведены в изотермическом приближении динамические условия на границе раздела фаз в жидкостях, учитывающие зависимость поверхностной энергии от потока массы через межфазную границу. Определен критерий устойчивости фронтов фазовых переходов с плоскими волнами относительно малых возмущений. Вычислена зависимость поверхностного натяжения от потока массы для известного точного решения задачи о структуре изотермического фазового перехода в рамках обобщенной модели Ван-дер-Ваальса. г) Исследована задача о вычислении эффективной вязкости для слабоконцентрированной суспензии сферических частиц из жесткого ферромагнетика в сильном переменном магнитном поле. Показано, что возможны два вида временного усреднения: усреднение тензора касательных напряжений среды и поля или усреднение вязкой диссипации. В первом случае рост величины магнитного поля уменьшает эффективную вязкость суспензии при частотах, больших по сравнению с завихренностью среды, во втором — увеличивает. д) Для изучения устойчивости установившегося электровращения сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле проведено аналитическое исследование нестационарного вращения в следующих условиях. Сферическая капля вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости, взвешена в другой, несмешивающейся с ней, вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости. Учитывалось влияние поверхностных электротоков на границе раздела жидкостей. Отношение вязкости окружающей жидкости к вязкости капли считалось достаточно малым и использовалось при решении как малый параметр. Изучалось нестационарное изменение формы капли. Выведены соотношения для электрического потенциала, скорости и давления в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами. Полученные результаты позволили провести исследование устойчивости найденных ранее стационарных решений. Установлено, что в определенных условиях, кроме известного стационарного решения без электровращения, существует множество стационарных решений с электровращением, определенных с точностью до направления вектора угловой скорости вращения, перпендикулярного вектору напряженности приложенного поля. При этом если выполняются условия существования решений с электровращением, то решения с электровращением являются устойчивыми, а решение без электровращения является неустойчивым. Если же условия существования решений с электровращением не выполняются, то решение без электровращения является устойчивым. е) Теоретически и экспериментально изучается форма капли магнитной жидкости, погруженной в масло, в периодическом электрическом поле. Экспериментально показано, что деформация капли может не соответствовать хорошо известной теории. Предложена двухслойная модель капли, проведенные расчеты по которой хорошо соответствуют полученным экспериментальным данным.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Теоретические и экспериментальные исследования свойств и течений слабопроводящих и намагничивающихся дисперсных сред в электромагнитных полях. |
Результаты этапа: а) Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описаны и проанализированы несколько различных механизмов электризации. Показано, что один из механизмов, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, может быть применен для разработки зондового метода диагностики электронного возбуждения молекул высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов). б) Исследован механизм образования объемного электрического заряда в жидких средах при их течении в каналах микро и нано-размеров, используемых в различного рода устройствах в биотехнологии, фармацевтике и диагностической медицине. Наличие объемного заряда позволяет с помощью приложенного продольного электрического поля управлять движением таких сред в тонких каналах. В частности, без больших трудностей реализуется возможность перемещения жидкости из одного микрообъема в другой, перемешивания двух разных жидкостей в микроразмерном канале и т.п. Использование перепада давления для этих целей практически неосуществимо. в) Построена модель структуры межфазного слоя на границе раздела слабых растворов намагничивающегося поверхностно-активного вещества (НПАВ) в обычных несжимаемых жидкостях во внешнем магнитном поле. Внутри межфазного слоя учитывалась зависимость энергии от концентраций и их градиентов. Показано, что адсорбция НПАВ на границе раздела приводит к анизотропии и существенной зависимости поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля при полях порядка 1 Тл. в) Выведены в изотермическом приближении динамические условия на границе раздела фаз в жидкостях, учитывающие зависимость поверхностной энергии от потока массы через межфазную границу. Определен критерий устойчивости фронтов фазовых переходов с плоскими волнами относительно малых возмущений. Вычислена зависимость поверхностного натяжения от потока массы для известного точного решения задачи о структуре изотермического фазового перехода в рамках обобщенной модели Ван-дер-Ваальса. г) Исследована задача о вычислении эффективной вязкости для слабоконцентрированной суспензии сферических частиц из жесткого ферромагнетика в сильном переменном магнитном поле. Показано, что возможны два вида временного усреднения: усреднение тензора касательных напряжений среды и поля или усреднение вязкой диссипации. В первом случае рост величины магнитного поля уменьшает эффективную вязкость суспензии при частотах, больших по сравнению с завихренностью среды, во втором — увеличивает. д) Для изучения устойчивости установившегося электровращения сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле проведено аналитическое исследование нестационарного вращения в следующих условиях. Сферическая капля вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости, взвешена в другой, несмешивающейся с ней, вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости. Учитывалось влияние поверхностных электротоков на границе раздела жидкостей. Отношение вязкости окружающей жидкости к вязкости капли считалось достаточно малым и использовалось при решении как малый параметр. Изучалось нестационарное изменение формы капли. Выведены соотношения для электрического потенциала, скорости и давления в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами. Полученные результаты позволили провести исследование устойчивости найденных ранее стационарных решений. Установлено, что в определенных условиях, кроме известного стационарного решения без электровращения, существует множество стационарных решений с электровращением, определенных с точностью до направления вектора угловой скорости вращения, перпендикулярного вектору напряженности приложенного поля. При этом если выполняются условия существования решений с электровращением, то решения с электровращением являются устойчивыми, а решение без электровращения является неустойчивым. Если же условия существования решений с электровращением не выполняются, то решение без электровращения является устойчивым. е) Теоретически и экспериментально изучается форма капли магнитной жидкости, погруженной в масло, в периодическом электрическом поле. Экспериментально показано, что деформация капли может не соответствовать хорошо известной теории. Предложена двухслойная модель капли, проведенные расчеты по которой хорошо соответствуют полученным экспериментальным данным. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Теоретические и экспериментальные исследования свойств и течений слабопроводящих и намагничивающихся дисперсных сред в электромагнитных полях. |
Результаты этапа: Исследовано влияние сильных неоднородных электрических полей на процессы ион-ионной диссоциации в жидких слабопроводящих смесях при их течениях в плоских микроканалах. Изучены эффекты, являющиеся следствием воздействия неоднородного поля на объемную электрохимическую кинетику в жидкостях при умеренных числах Дебая. Показано, что в пристеночных слоях с сильной неоднородностью поля образуются биполярные структуры нескомпенсированного объемного заряда, на которые можно воздействовать приложенным продольным полем. Наличие слоев с противоположно направленными кулоновскими силами приводит к возникновению в профиле скорости точек перегиба. Это вызывает неустойчивость течения и тем самым способствует перемешиванию жидкости в микроканале. Решена задача об устойчивости капиллярно-гравитационных волн на горизонтальной поверхности вязкой несжимаемой жидкости в присутствии намагничивающегося поверхностно-активного вещества во внешнем постоянном магнитном поле произвольной ориентации. учитывалась анизотропия тензора поверхностных натяжений и зависимость компонент этого тензора от концентрации поверхностно-активного вещества и напряженности магнитного поля. Показано, что в приложенном поле свободная поверхность жидкости становится неустойчивой при напряженностях поля, больших некоторого критического значения, не зависящего от упругих свойств пленки поверхностно-активного вещества. Исследована задача о зависимости поверхностного натяжения на границе раздела типа "жидкость-пар" от величины потока массы, испытывающей фазовый переход испарения или конденсации. На основе уравнения для производства энтропии и вариационного уравнения Л. И. Седова, где в число дополнительных определяющих параметров входит интенсивность фазовых превращений, построена уточненная модель движущейся границы фаз в жидкости. При этом граница раздела фаз рассматривается как двумерная система с нулевой поверхностной плотностью, обладающая внутренней энергией, температурой и энтропией. Получены определяющие уравнения, условия на границе раздела и кинетические соотношения в рамках данной модели. В частности, получено дополнительное соотношение, связывающее скачок обобщенного химического потенциала на границе раздела фаз и скорость изменения потока массы через данную границу. В рамках данной модели исследована устойчивость фронта фазового перехода относительно малых продольных возмущений. В изотермическом приближении решена задача о структуре движущейся плоской межфазной границы, что позволяет найти уравнения состояния двумерной среды и кинетические коэффициенты. При этом внутри межфазного слоя используется уравнение состояния, основанное на обобщенной модели Ван дер Ваальса с учетом градиентов плотности. Найдена зависимость поверхностной свободной энергии и поверхностного натяжения от интенсивности фазовых превращений и получены асимптотические выражения для этих функций при малых потоках массы через межфазную границу. Проведено исследование деформационных колебаний капли вязкой магнитной жидкости в переменном магнитном поле. Изучалось изменение формы капли вязкой магнитной жидкости, взвешенной в не смешивающейся с ней другой вязкой магнитной жидкости, в переменном магнитном поле. Поверхностное натяжение капли считалось достаточно большим, чтобы можно было использовать асимптотическое разложение по малому параметру и ограничится поправками первого порядка по этому параметру. Напряженность магнитного поля, а также скорость и давление в течении найдены в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами, для которых получены соотношения, позволяющие их определить. С использованием этих соотношений коэффициенты искались в виде асимптотических разложений по малому параметру, соответствующему большому отношению поверхностного натяжения к плотности энергии магнитного поля, умноженной на радиус недеформированной капли. Получены соотношения для членов нулевого и, для некоторых коэффициентов, первого порядков этих асимптотических разложений, позволяющие найти их изменение со временем. Эти соотношения позволяют выразить все коэффициенты через один из них, для которого получено обыкновенное дифференциальное уравнение. Найдено решение этого уравнения в виде установившихся колебаний. Установлено, что с точностью до членов первого порядка в колеблющемся приложенном магнитном поле капля является вытянутым сфероидом с осью, направленной вдоль вектора напряженности приложенного поля, совершающим деформационные колебания с угловой частотой, равной удвоенной частоте колебаний приложенного поля, и с фазовым запаздыванием по отношению к колебаниям поля. Найдена зависимость полуосей этого сфероида от времени и величина фазового запаздывания как функция частоты. При стремлении частоты колебаний приложенного поля к бесконечности капля стремится принять форму неизменяющегося вытянутого сфероида. Установлено также, что во вращающемся магнитном поле капля принимает форму трехосного эллипсоида. Эллипсоид вращается вокруг своей малой оси, направленной перпендикулярно плоскости вращения вектора напряженности приложенного поля, с угловой скоростью, равной угловой частоте вращения вектора напряженности поля, так, что большая ось эллипсоида отстает от вектора напряженности приложенного поля на некоторый угол. Найдена зависимость полуосей этого сфероида от времени и величина угла запаздывания как функция частоты. При стремлении частоты колебаний приложенного поля к бесконечности капля стремится принять форму не изменяющегося сплюснутого сфероида. Теоретически рассмотрена задача деформация капель жидкости в электрическом поле. Задача о форме капли решается для случая переменного электрического поля. Рассматриваются первые два приближения по малому параметру. Учитываются все возможные перемещения заряда по поверхности: конвективный перенос и поверхностная проводимость. Исследуется влияние параметров переноса поверхностного заряда на форму капли. На основе полученных результатов можно сделать вывод о том, что учет различных перемещений заряда по поверхности может повлиять на форму капли только в сторону ее большего вытягивания. | ||
3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Теоретические и экспериментальные исследования свойств и течений слабопроводящих и намагничивающихся дисперсных сред в электромагнитных полях. |
Результаты этапа: а) Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описаны и проанализированы несколько различных механизмов электризации. Механизм, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, применен для разработки зондового метода диагностики неравновесной высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов), а также для объяснения экспериментально наблюдаемого вихреобразования в пристеночных слоях при течении жидких слабопроводящих смесей в микроканалах в приложенных электрических полях. б) Проведены на модернизованной экспериментальной установке исследования электризации и разряда при течении углеводородной жидкости в тонких диэлектрических коаксиальных каналах с миллиметровым зазором при наличии кавитации. Дана интерпретация экспериментальных результатов на основе численного моделирования процессов контактной электризации в каналах установки в рамках трех-ионной модели среды. в) В рамках двухионной модели слабопроводящей среды исследованы процессы в канале одной ступени электрогидродинамического (ЭГД) компрессора. Найден перепад давления, возникающий в межэлектродном пространстве за счет взаимодействия среды с электрическим полем и проведено исследование влияния параметров задачи на зависимость перепада давления от расхода жидкости при различных приложенных напряжениях. г) Исследована задача о зависимости поверхностного натяжения на границе раздела типа "жидкость-пар" от величины потока массы, испытывающей фазовый переход испарения или конденсации. Построена уточненная модель движущейся границы фаз в жидкости. Получены определяющие уравнения, условия на границе раздела и кинетические соотношения в рамках данной модели. В частности, получено дополнительное соотношение, связывающее скачок обобщенного химического потенциала на границе раздела фаз и скорость изменения потока массы через данную границу. д) Исследована устойчивость движения капиллярно-гравитационной волны на горизонтальной свободной поверхности вязкой несжимаемой жидкости в присутствии магнитного поверхностно-активного вещества во внешнем магнитном поле. Показано, что для нормального, а также для тангенциального внешнего магнитного поля горизонтальная свободная поверхность жидкости неустойчива для напряженности поля, превышающей некоторое критическое значение е) Проведено аналитическое исследование (с использованием асимптотических разложений) деформационных колебаний капли вязкой магнитной жидкости в переменном магнитном поле. Установлено, что в колеблющемся приложенном магнитном поле капля является вытянутым сфероидом с осью, направленной вдоль вектора напряженности приложенного поля, совершающим деформационные колебания с угловой частотой, равной удвоенной частоте колебаний приложенного поля, и с фазовым запаздыванием по отношению к колебаниям поля. Показано, что с точностью до членов второго порядка вращающееся магнитное поле вызывает вращение жидкости внутри и вне капли. Найдены угловые скорости, характеризующие это вращение. ж) Решена задача о деформации капель жидкости с поверхностным зарядом в переменном электрическом поле. Учитывались перемещения заряда по поверхности: конвективный перенос и поверхностная проводимость. Исследовано влияние параметров переноса поверхностного заряда на форму капли. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".