Научные достижения
В ТФ ИТПМ выполнены работы, внесшие существенный вклад в решение таких фундаментальных проблем как математическое моделирование динамики многофазных сред; гидро- и газодинамика паро- и газожидкостных систем; горение, детонация и взрыв в дисперсных средах; фильтрация многофазных жидкостей; динамика упруго пластических сред с физико-химическими превращениями. Выполнены актуальные исследования и разработки, связанные с проблемами безопасности энергетических и технологических систем, добычи нефти и газа, повышения нефтеотдачи пластов, интенсификации и повышения эффективности технологических процессов в энергетике, нефтепереработке, химической технологии и взрывном деле. Так, например, установлено, что при термокапиллярном движении капель в эмульсии с ростом концентрации капель относительная скорость фаз растет, если коэффициент теплопроводности капель больше коэффициента теплопроводности несущей жидкости. Хотя обычно в двухфазных средах с ростом концентрации дисперсной фазы относительная скорость фаз уменьшается. В качестве другого неожиданного результата можно привести следующее. Звук в чистой воде распространяется со скоростью 1500 м/с и практически не затухает, но, если вода находится в скважине в пористой среде его затухание становится существенным, а скорость с понижением частоты звука и увеличением проницаемости пористой среды может упасть до десятков м/с.
Новые идеи ученые ТФ ИТПМ в тесном сотрудничестве с другими исследователями внесли в решение проблемы управления схлопыванием газовых пузырьков в жидкости с целью получения сверхвысоких температур в газе. Такая проблема может иметь широкие приложения. Явление свечения газовых пузырьков в акустическом поле получило название сонолюминесценции. Акустическое поле в силу возникновения высоких температур в пузырьках может инициировать некоторые химические реакции, которые невозможны в других условиях (сонохимия). Но наиболее впечатляющим является то, что при сверхвысоких температурах в пузырьках может начаться термоядерная реакция. Пузырьки дейтерия в тяжелой воде при сверхвысоких сжатиях могут высвободить термоядерную энергию (“пузырьковый термояд”). В ходе проведенных исследований были разработаны способ сверхсильных сжатий пузырьков непериодическим воздействием небольшой амплитуды, модели, эффективные численные алгоритмы для компьютерного моделирования динамики пузырьков с учетом различных диссипативных механизмов, таких, как вязкость, теплопроводность, излучение, ионизация, волновые процессы вокруг и внутри пузырьков, тепло- и массообмен между пузырьками и окружающей жидкостью.
На примере кластера в форме додекаэдра, содержащего пузырьки не только в вершинах многогранника, но и в центре, показано, что возможна реализация такого режима колебаний пузырьков кластера в волне сжатия, когда амплитуда сжатия центрального пузырька многократно превышает амплитуду сжатия периферийных пузырьков, т.е. наблюдается эффект кумуляции энергии волны. При распространении волны в пузырьковой жидкости группирование пузырьков в кластеры приводит к изменению частоты и амплитуды осцилляций давления и других параметров в волне сжатия.
В ТФ ИТПМ СО РАН экспериментально обнаружен эффект интенсификации отрыва микрочастиц и микрокапель с поверхности пористого материала в процессах образования пены при вытеснении газом растворов поверхностно-активных веществ и разрушения пены при вытеснении ее жидкостью. С целью изучения природы эффекта проведено экспериментальное исследование динамики разрушения пены в пористой среде при вытеснении ее жидкостью с использованием плоской прозрачной модели пористой среды и микросъемки течения в порах. Установлено, что разрушение пены связано с импульсным просачиванием жидкости в смачивающие пленки под действием локальных пульсаций давления на фронте вытеснения пены жидкостью. Показано, что интенсификация отрыва микрочастиц и микрокапель обусловлена возникающими в процессах образования и разрушения пены большими локальными градиентами давления в поверхностных пленках раствора и пульсациями давления в газовых пузырьках. На основе результатов проведенных исследований предложен метод циклического формирования и разрушения пены для интенсификации процессов очистки пористых материалов и извлечения остаточной нефти.
