Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыСотрудникам

Гидрофизический комплекс для моделирования гидродинамических процессов в окружающей среде и их воздействия на подводные технические объекты, а также распространения примесей в океане и атмосфере (ГФК)

Перечень оборудования


п/п
Стенд Балансовая
(восстановительная)
стоимость
(руб. за шт.)
Кол-во
единиц
1Лабораторный передвижной бассейн (ЛПБ)334 4881 шт.
2Лабораторный волновой канал (ЛВК)118 8601 шт.
3Большой лабораторный измерительный канал (БЛИК)635 4381 шт.
4Тонкой структуры волновых полей (ТВП)121 0331 шт.
5Моделирования поверхностных проявлений подводных процессов (ЭСП)69 9621 шт.
6Моделирования вихревых течений с кручением (ВТК)34 8831 шт.
7Моделирования вихревых течений с кручением и перетоком (ВТП)9 3091 шт.
8Визуализации тонкоструктурных компонентов быстропротекающих процессов в жидкости (ТБП)7 0601 шт.
9Микроскопии структуры микротечений (ММТ)9 5301 шт.
10Динамики двуслойных течений (ДДТ)31 0611 шт.
11Динамики структуры осциллирующих течений (ДСО)14 8401 шт.
 1 386 464 

Комплекс включает гидрооптические стенды различных размеров, предназначенные для моделирования динамики формирования и эволюции тонкой структуры течений различных стратифицированных течений: струй, следов, вихрей и вихревых систем; акустических, поверхностных гравитационных и капиллярных волн, внутренних волн; течений – свободных конвективных и индуцированных диффузией на препятствии с учетом их взаимодействий.

В состав оборудования стенда входит высокоразрешающие оптические инструменты – теневые приборы ИАБ-463, ИАБ-458, ИАБ-451 и узкопольные лазерные теневые приборы, различные стационарные и импульсные источники света, фото- и видеорегистраторы, скоростная видеокамера Optronis CR3000x2, гидрофон ГИ-54, микрофоны RTF, катетометр КМ-2, интерфейсы, управляющие компьютеры.

Теоретическую основу проводимых исследований составляет полная система фундаментальных уравнений механики жидкостей, включающая уравнения состояния для термодинамических потенциалов, физических величин (плотности) и уравнения переноса массы, вещества, импульса и полной энергии (или энтропии, или температуры) с физически обоснованными начальными и граничными условиями. Критерии подобия и условия моделирования определяются на основании временного и пространственного масштабного анализа системы уравнений.

Технические характеристики приборов, методики измерений и программы обработки данных определяются условиями наблюдаемости влияющих крупномасштабных компонентов течений (струй, следов, вихрей, волн) и разрешения мелкомасштабных, определяющих тонкую структуру среды. Подход позволяет в единой постановке проводить согласованные аналитические, численные и модельные исследования.

  1. Стенд «Лабораторный передвижной бассейн» (ЛПБ) с теневым прибором ИАБ-458 для изучения следов за телами, вихрей и внутренних волн.
  2. Стенд «Лабораторный волновой канал» (ЛВК) с теневым прибором ИАБ-451 для моделирования линейных и нелинейных поверхностных и внутренних волн.
  3. Стенд «Большой лабораторный измерительный комплекс» (БЛИК) с теневым прибором ИАБ-463 для моделирования тонкой структуры трехмерных стратифицированных течений и вихревых систем.
  4. Стенд «Вихревых течений с закруткой» (ВТК) для моделирования структуры составного вихря и переноса вещества.
  5. Стенд «Взаимодействия поверхностных и подводных процессов» (ЭСП) с интерфейсом сбора данных, лазерными детекторами, теневым прибором ИАБ-451, скоростной видеокамерой Optronis CR3000x2, гидрофоном ГИ-54, микрофоном RTF. Предназначен для исследования взаимодействия акустических и гидродинамических процессов под водой и на поверхности.
  6. Стенд «Микроскопии структуры микротечений» (ММТ) для изучения процессов переноса на микромасштабном уровне.
  7. Стенд «Регистрации тонкоструктурных быстропротекающих процессов» (ТБП), инициированных падением капель в жидкость.
  8. Стенд «Исследования тонкой структуры волновых полей» (ТВП) с теневым прибором ИАБ-458.
  9. Стенд «Изучения вихревых течений с кручением и перетоком» (ВТП).
  10. Стенд «Исследования динамики двухслойных течений» (ДДТ).
  11. Стенд «Исследования динамики и структуры осциллирующих течений» (ДСО).

Методики измерения

  • Создания и контроля концентрационной стратификации [стенды ЛПБ, ЛВК, БЛИК, ЭСП, ТВП].
  • Оптической (теневой, интерференционной) визуализации картин стратифицированных течений [стенды ЛПБ, ЛВК, БЛИК, ЭСП, ТВП].
  • Контактных измерений параметров стратифицированных течений (температуры, удельной электропроводности) [все стенды, кроме ТБП и ММТ].
  • Лазерных дистанционных измерений амплитудно-фазовых характеристик нестационарных акустических пучков и возбуждаемого поверхностного волнения [стенды ЛПБ, ЛВК, БЛИК, ЭСП].
  • Регистрации тонкой структуры картины переноса вещества в жидкостях, в том числе из падающих в жидкость капель [стенды ММТ, ТБП, ДСО, ВТП].
  • Синхронной регистрации ключевых элементов течений и параметров акустических сигналов при падении капель в жидкость [стенды ЛПБ, ЭСП].
  • Создания спутных следов, струй, вихрей и волн в стратифицированных средах [стенды ЛПБ, ЛВК, БЛИК, ЭСП].
  • Создания многокомпонентных конвективных 2D и 3D течений [стенды ЛПБ, ТВП].
  • Генерации стабильных периодических и нестационарных внутренних волн (диапазон частот 0.01–0.1 Гц) [стенды ТВП, ЛПБ, ЭСП].
  • Генерации поверхностных гравитационно-капиллярных волн и капиллярных волн заданной геометрии [стенд ЭСП].
  • Исследования взаимодействий различных типов течений [стенды ТВП, ЛПБ].
  • Генерации композиционных вихрей в однородной и в двухслойной (смешивающиеся и несмешивающиеся) жидкости со свободной поверхностью [стенды ВТК, ВТП].
  • Согласованного математического и лабораторного моделирования коротких внутренних волн в непрерывно стратифицированных жидкостях [стенды ЛПБ, ЛВК, БЛИК].
  • Создания микротечений растворов, суспензий, взвесей [стенд ММТ].

Типовые работы и оказываемые услуги

Экспериментальные исследования:

  • Эволюции турбулентных струй и следов в непрерывно стратифицированной жидкости.
  • Визуализация картины обтекания тел в однородной и стратифицированной жидкости.
  • Динамики переноса и структуризации вещества в компактных вихрях.
  • Тонкой пространственно-временной структуры пучков периодических внутренних волн в однородно стратифицированной и тонкоструктурированной среде.
  • Нелинейных взаимодействий пучков периодических внутренних волн и критических процессов формирования тонкой структуры среды.
  • Нелинейных механизмов генерации периодических внутренних волн телами, совершающими линейные и круговые осцилляции.
  • Осцилляций свободных тел на горизонтах нейтральной плавучести.
  • Многокомпонентной конвекции при однородном боковом нагреве и наклонной границе, а также над компактным точечным и линейчатым источниками тепла.
  • Течений, индуцированных диффузией на топографиях различного вида (наклонная плоскость, клин, цилиндр, сфера).
  • Распространения звуковых пучков в жидкостях с произвольной стратификацией.
  • Рассеяния звука на микроструктуре гидрофизических полей.
  • Гидродинамики и акустики падающих в жидкость капель.
  • Распространения вещества капли в принимающей жидкости.
  • Процессов структуризации при высыхании капли суспензии, эмульсии, раствора.

В силу существенного различия трудозатрат и квалификации исполнителей по каждому виду работ стоимость единицы работы определяется в каждом конкретном случае по договоренности сторон.

Регламент доступа к оборудованию

Освоение правил пользования лабораторными стендами, методик работы в соответствии с выбранной тематикой, получение разрешительных документов на выполнение работ.

Все работы проводятся при непосредственном участии персонала лаборатории механики жидкостей ИПМех РАН.

Адрес расположения

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН)
Лаборатория механики жидкостей
119526, г. Москва, проспект Вернадского, д. 101, корп. 1

Руководитель работ

Зав. лабораторией механики жидкостей,
д.ф.-м.н. Чашечкин Юлий Дмитриевич

Выборочный список публикаций, подготовленных с использованием стендов ГФК

  1. Chashechkin Yu.D. Singularly perturbed components of flows - linear precursors of shock waves // Math. Model. Nat. Phenom. 2018. Vol. 13. No. 2. P. 1–29.
    DOI: 10.1051/mmnp/2018020
  2. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Полосчатые структуры в картине распределения вещества капли по поверхности принимающей жидкости // Доклады РАН. 2018. Т. 481. № 2. С. 1–6.
    = Chashechkin Yu.D., Ilinykh A.Yu. Banded Structures in the Distribution Pattern of a Drop over the Surface of the Host Liquid // Doklady Physics. 2018. Vol. 63. No. 7. P. 282–287.
    DOI: 10.1134/S1028335818070066
  3. Чашечкин Ю.Д. Бардаков Р.Н. Тонкая поперечная структура вихревого течения за кромкой вращающегося в стратифицированной жидкости диска // Доклады РАН. 2018. Т. 478, № 4. С. 400–405.
    DOI: 10.7868/S0869565218040060
    = Chashechkin Yu.D., Bardakov R.N. The Fine transverse structure of a vortex flow beyond the edge of a disc rotating in a stratified fluid // Doklady Physics. 2018. Vol. 63. No. 2. P. 64–69
    DOI: 10.1134/S1028335818020027
  4. Димитриева Н.Ф., Чашечкин Ю.Д. Тонкая структура стратифицированного течения около неподвижного и медленно движущегося клина // Океанология. 2018. Т. 58, № 3. С. 358–368
    = Dimitrieva N.F., Chashechkin Yu.D. Fine structure of stratified flow around a fixed and slow moving wedge // Oceanology. 2018. Vol. 58. No. 3. P. 340–349.
    DOI: 10.1134/S0001437018030
  5. Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д. Поверхностные колебания свободно падающей капли идеальной жидкости // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. T. 54. № 2. С. 206–212.
    DOI: 10.7868/S0003351518020095
    = Kistovich A.V., Chashechkin Yu.D. Surface oscillations of free falling droplet of ideal liquid // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2018. Vol. 54. No. 2. P. 182–188.
    DOI: 10.1134/S0001433818020123
  6. Ильиных А.Ю., Чашечкин Ю.Д. Гидродинамика погружающейся капли: линейчатые структуры на поверхности венца // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2017. № 2. С. 152–165.
    DOI: 10.7868/S0568528117020098
    = Ilynykh A.Yu., Chashechkin Yu.D. Hydrodynamics of a submerging drop: lined structures on the crown surface // Fluid dynamics. 2017. V. 52. No. 2. P. 309–320.
    DOI: 10.1134/S0015462817020144
  7. Калиниченко В.А., Со А.Н., Чашечкин Ю.Д., Шкапов П.М. Динамика и структура периодических течений в прямоугольном сосуде с демпферами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Естественные науки". 2017. № 4. С.29–51.
    DOI: 10.18698/1812-3368-2017-4-29-51
  8. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Акустика и гидродинамика удара капли о водную поверхность // Акустический журнал. 2017. Т. 63. No. 1. С. 38–49.
    = Chashechkin Yu.D., Prokhorov V.E. Acoustics and hydrodynamics of a drop impact on a water surface // Acoustical Physics. 2017. V. 63. No. 1. Р. 33–44.
    DOI: 10.1134/S1063771016060038
  9. Чаплина Т.О., Чашечкин Ю.Д., Степанова Е.В. Течения, индуцированные сорбцией на волокнистом материале, в двухслойной системе нефть–вода // Доклады РАН. 2016. Т. 470. № 1. С. 38–42.
    = Chaplina T.O., Chashechkin Y.D., Stepanova E.V. Flows induced by sorption on fibrous material in a two-layer oil–water system // Doklady Physics. 2016. V. 61. No. 9. P. 444–448.
    DOI: 10.1134/S1028335816090019
  10. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Трансформации перемычки в процессе отрыва капли // Прикладная механика и техническая физика. 2016. № 3. С. 16–31.
    = Chashechkin Yu.D., Prokhorov V.E. Transformation of the Bridge During Separation of a Droplet // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2016. Vol. 57. No. 3. P. 402–415.
    DOI: 10.15372/PMTF20160303
  11. Chashechkin Yu.D. Differential fluid mechanics – harmonization of analytical, numerical and laboratory models of flows // Mathematical Modeling and Optimization of Complex Structures. Springer Series "Computational Methods in Applied Sciences" Vol. 40. 2016. P. 61–91.
    DOI: 10.1007/978-3-319-23564-6-5
  12. Chashechkin Yu.D., Zagumennyi Ya.V. 2D Fluid Flow around a plate: consistent analytical, numerical and laboratory investigations // Topical Problems of Fluid Mechanics 2016. February 10-12, 2016. Proceedings. P. 29-36. Editors: D. Simurda, T. Bodnar. Institute of Thermomechanics AS CR. Prague. Czech Republic. 254 p.
    DOI: 10.14311/TPFM.2016.005.

Описание

Стенд лабораторный передвижной бассейн (ЛПБ)

Стенд Лабораторный передвижной бассейн (ЛПБ)

Стенд ЛПБ предназначен для изучения оптическими, акустическими и контактными методами динамики и тонкой структуры двумерных и трехмерных струй, спутных течений, вихрей и внутренних волн в слабо- и сильностратифицированных средах: водном растворе поваренной соли переменной концентрации в диапазоне периодов плавучести от 23 до 4 с и в однородных жидкостях.

Стенд ЛПБ включает: прозрачный бассейн 2.20×0.40×0.60 м, три пары иллюминаторов из оптического стекла, систему создания и контроля стратификации, два привода буксировки моделей, каретку для установки и перемещения датчиков, систему гидролокации, волнопродукторы поверхностных и внутренних волн, теневой прибор ИАБ-453, высокоразрешающие контактные датчики температуры и электропроводности, блок визуализации структуры течений, блок управления и сбора и экспериментальных данных. На общей платформе с бассейном могут быть установлены другие бассейны, в частности Cтенд моделирования тонкой структуры конвективных течений, включающий термоизолированный лабораторный бассейн размером 0.5×0.15×0.5 м с кварцевыми иллюминаторами высокого качества; систему заполнения стратифицированной жидкостью; термостаты для нагрева и охлаждения установленных в бассейне исследуемых тел; волнопродукторы для генерации внутренних волн, датчики температуры и удельной электропроводности, вспомогательные механизмы и устройства.

Рабочая среда: вода и стратифицированный водный раствор поваренной соли, диапазон изменений периода плавучести Tb=4–23 с.

Диапазоны скоростей буксировки модели U=0.01–6 см/с и 0.05–2 м/с.

Бассейн оснащен координатным механизмом перемещения датчиков по трем осям и сканирования по вертикали со скоростью 0.07–1.0 см/с, по горизонтали поперек бассейна  – со скоростью 0.2–5 см/с, и вдоль бассейна – со скоростью 0.5–20 см/с, а также производить установку датчика в заданной точке бассейна или перемещать синхронно с буксируемым телом.

Гидролокатор с рабочей частотой 1 МГц (длина волны λa=0.15 см, длина посылки 30–40 мкс, угловое расхождение луча – 4°, период следования посылок 0.16 с, интервал дискретизации сигнала 2.2 мкс) используется для исследования эффектов рассеяния звука в стратифицированных течениях одновременно с контактными измерениями и оптическим наблюдениями.

Основные результаты:

Впервые выполнена прецизионная визуализация всех элементов картины стратифицированного течения около равномерно движущегося препятствия опережающего возмущения, полей внутренних волн, следов за телами различной формы (цилиндр, пластина, шар) в широком диапазоне параметров задачи.

Построены диаграммы режимов спутных течений, включающие анализ геометрии крупных (внутренние волны, висящие вихри, вихревые системы спутного следа) и тонкоструктурных компонентов (лигаментов).

Определены физические основы процессов контрдиффузионного переноса вещества, сопровождающегося обострением градиентов концентрации по мере вырождения течения.

На основе полученных результатов защитили диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук следующие сотрудники лаборатории:

  • Неклюдов В.И. Линейные и нелинейные эффекты в пучках внутренних волн.
  • Воейков И.В. Экспериментальное исследование структуры спутного стратифицированного течения за цилиндром в ламинарном и переходном режимах.
  • Байдулов В.Г. Общие свойства и тонкая структура течений непрерывно стратифицированной жидкости.
  • Кистович А.В. Теоретическое исследование эволюции свободных течений в средах с устойчивой стратификацией.
  • Левицкий В.В. Экспериментальные исследования тонкой структуры свободных стратифицированных течений.
  • Миткин В.В. Экспериментальное исследование формирования и распада двумерных стратифицированных спутных течений.

Результаты исследований, выполненных на стенде ЛПБ, составили основу работы В.В. Миткина «Тонкая структура стратифицированных течений», которой была присуждена Государственная премия РФ 2002 г. для молодых ученых, а также последующей диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Публикации:

  1. Chashechkin Yu.D., Zagumennyi I.V., Dimitrieva N.F. Unsteady Vortex Dynamics Past a Uniformly Moving Tilted Plate // Topical Problems of Fluid Mechanics 2018, Prague, February 21-23, 2018. Proceedings. P. 47-56. Edited by Simurda D., Bodnar T. 2017. 350 p.
    DOI: 10.14311/TPFM.2018.007
  2. Chashechkin Yu.D., Zagumennyi Ya. Features of Flows past a Horizontal Plate in Stratified and Homogeneous Media // WSEAS TRANSACTIONS on FLUID MECHANICS. 2017. V. 12. P. 33-42.
    [paper]
  3. Chashechkin Yuli D. Zagumennyi Ia. Stratified Flow Fine Structure Around a Sloping Plate // Topical Problems of Fluid Mechanics 2017, Prague, 2017. Proceedings. P. 87-74. Edited by Simurda D., Bodnar T.: 2017. 360 p.
    DOI: 10.14311/TPFM.2017.012
  4. Chashechkin Yu.D., Zagumennyi Ya.V., Dimitrieva N.F. Dynamics of formation and fine structure of flow pattern around obstacles in laboratory and computational experiment // Supercomputing: Second Russian Supercomputing Days (RuSCDays 2016). International conference. Moscow, Russia, September 26-27, 2016. Revised Selected Papers. V. Voevodin and S. Sobolev (Eds.). Communications in computer and information science 687. Springer International Publishing AG 2016. P. 41-56.
    DOI: 10.1007/978-3-319-55669-7_4
  5. Чашечкин Ю.Д. Наблюдения и расчеты картин обтекания двумерных препятствий // В кн. Вопросы прикладной математики и проблема взаимодействия твердых тел с жидкой и газовой средой: Сб. трудов Всероссийской конференции, посвященной 85-летию Игоря Анатольевича Кийко (Москва, 16-18 октября 2017 г., М.: ИПМех РАН / Сост. С.Д. Алгазин. – М.: Диалог МИФИ, 2017. – 244 с. С. 29-51.
  6. Загуменный Я.В., Чашечкин Ю.Д. Нестационарная вихревая картина обтекания пластины с нулевым углом атаки (двумерная задача) // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 3. С. 48-65.
    DOI: 10.7868/S056852811603018X
    [МЖГ]
  7. Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Визуализация и акустическая регистрация тонкой структуры стратифицированного течения за вертикальной пластиной // Изв. РАН. МЖГ. 2013. № 6. С. 15-28.
    [МЖГ]

Лабораторный волновой канал (ЛВК)

Лабораторный волновой канал (ЛВК)

Стенд предназначен для исследования динамики формирования, распространения, отражения от твердой поверхности и критических слоев, взаимодействия и затухания линейных и нелинейных поверхностных гравитационных и капиллярных волн в стратифицированной и однородной жидкости, а также коротких внутренних волн.

Стенд включает гидроптический бассейн 9.0×0.6×0.6 м с парными боковыми и донным иллюминаторами, прецизионную оптическую систему ИАБ-451, заливочный стенд, волнопродукторы, контактные измерители волновых полей.

Основные результаты:

Определена энергетика и геометрия пучков периодических внутренних волн, генерируемых двумерными (горизонтальная, вертикальная и наклонная полоса, цилиндр) и трехмерными (горизонтальный диск, сфера) осциллирующими источниками различных размеров.

Впервые выполнены исследования процесса генерации внутренних волн диском, совершающим крутильные колебания, определена зависимость параметров полей от характера движения тела.

По результатам экспериментов установлена зависимость параметров полей периодических внутренних волн от геометрии источника и показана универсальная природа лигаментов – ранее неизвестного структурного компонента периодических течений.

На основе полученных результатов защитили диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук следующие сотрудники лаборатории:

  • Смирнов С.А. Генерация внутренних волн в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости.
  • Васильев А.Ю. Генерация трехмерных периодических внутренних волн и пограничных слоев в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости.

Большой лабораторный измерительный комплекс (БЛИК)

Большой лабораторный измерительный комплекс (БЛИК)

Стенд предназначен для моделирования трехмерных течений и волн в толще однородной и стратифицированной жидкости, визуализции их проявлений на свободной поверхнсти и взаимодействия с поверхностными процессами – капиллярными и гравитационными волнами, капиллярной конвекцией.

Содержит гидрооптический бассейн 7.1×1.2×1.2 м с парными боковыми, торцевыми и донными иллюминаторами, прецизионную оптическую систему, волнопродуктор, генератор вихрей, координатную каретку, механизмы протяжки моделей, заливочный стенд. Отличительная особенность стенда – большие иллюминатры из высококачественного оптического стекла, обеспечивающие визуализацию картины течения в трех плоскостях; высокоразрешающая теневая система на основе теневого прибора ИАБ-463 с поворотными зеркалами, которые позволяют просматривать все сечение бассейна; а также система быстрого создания стратификации и контроля профиля периода плавучести с погрешностью не хуже 5%.

Исследования на стенде проводились в рамках договорных работ.

Стенд Моделирования тонкой структуры волновых полей (ТВП)

Стенд Моделирования тонкой структуры волновых полей (ТВП)

Стенд используется для регистрации динамики изменчивости тонкой структуры трехмерных спутных течений, механизмов генерации периодических внутренних волн, лигаментов и вихрей в непрерывно стратифицированных жидкостях.

Стенд включает Лабораторный бассейн размером 0.7×0.25×0.7 м с фронтальными и боковыми оптическими иллюминаторами; систему заполнения стратифицированной жидкостью и контроля периода плавучести; теневой прибор ИАБ-458 с системами оперативной подстройки, фото- и видеорегистрации; катетометр КМ-8; датчики температуры и удельной электропроводности; устройства электролитической преципитации, вспомогательные механизмы и устройства.

Основные реузльтаты:

Оптическими теневыми и методом электролитической преципитации впервые визуализирована призматическая структура плотностного следа за сферой в непрерывно стратифицированной жидкости.

Оптическими теневыми методами и контактными инструментами исследованы внутренние волны и сопутствующие течения, образующиеся при свободных и вынужденных колебаниях тел различной формы.

Впервые изучена пространственная структура кольцевого тороидального вихря вокруг равномерно вращающегося тела, определены условия его распада на вихревые петли и лигаменты в непрерывно стратифицированной и однородной жидкости.

Прослежено усиление контраста возмущений в высокоградиентных оболочках пучков периодических внутренних волн и формирование системы тонких вихрей в областях конвергенции пучков с ростом амплитуды вынужденных колебаний источника (сферы) и энергии движения тела, свободно погружающегося на горизонт нейтральной плавучести в непрерывно стратифицированной жидкости.

На основе полученных результатов защитили диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук следующие сотрудники лаборатории:

  • Сысоева Е.Я. Экспериментальное исследование вихревой структуры следа за сферой в стратифицированной жидкости.
  • Бардаков Р.Н. Расчет и визуализация тонкой структуры внутренних волн в вязкой стратифицированной жидкости.
  • Васильев А.Ю. Генерация трехмерных периодических внутренних волн и пограничных слоев в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости.
  • Приходько Ю.В. Экспериментальные исследования тонкой структуры течений и динамики осцилляций тел нейтральной плавучести в непрерывно стратифицированных средах.

Публикации:

  1. Чашечкин Ю.Д. Бардаков Р.Н. Тонкая поперечная структура вихревого течения за кромкой вращающегося в стратифицированной жидкости диска // ДАН. 2018. Т. 478. № 4. С. 400-405.
    DOI:10.7868/S0869565218040060
  2. Бардаков Р.Н., Чашечкин Ю.Д. Формирование регулярной последовательности вихревых петель вокруг вращающегося диска в стратифицированной жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 3. С. 3-11.
    DOI: 10.7868/S056852811703001X
    [МЖГ]
  3. Чашечкин Ю.Д., Приходько Ю.В. Регулярные и сингулярные компоненты течений при вынужденных и свободных колебаниях сферы в непрерывно стратифицированной жидкости // ДАН. 2007. Т. 414.  1. C.№ 44-48.
  4. Приходько Ю.В., Чашечкин Ю.Д. Гидродинамика свободных осцилляций тел нейтральной плавучести в толще непрерывно стратифицированной жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2006. № 4. С. 66-77.
    [МЖГ]

Стенд для исследования поверхностных и подводных процессов (ЭСП)

Стенд для исследования поверхностных и подводных процессов (ЭСП)

Стенд предназначен для исследования тонкой структуры поверхностных и подводных процессов, а также их взаимодействия совмещенными оптическими, контактными и акустическими методами.

Прозрачный бассейн 1.5×0.6×0.4 м с парой оптических иллюминаторов оборудован системой заполнения однородной, непрерывно- и послойно стратифицированной жидкостью с контролем периода плавучести. Стенд включает волнопродукторы гравитационно – капиллярных и внутренних волн, высокочастотные акустические излучатели, контактные датчики удельной электропроводности и температуры, теневой прибор ИАБ-451, лазерные детекторы волнения, скоростную видеокамеру Optronis CR3000×2, гидрофон ГИ-54, микрофон RTF, интерфейс сбора данных для синхронизации оптических, акустических и контактных измерений (число каналов 4, скорость передачи 5 МГц, разрядность 12). Стенд оборудован устройством генерации капель заданного размера.

Выполнены исследования:

  • генерации поверхностного волнения акустическими пучками;
  • распространения гравитационно-капиллярных волн;
  • тонкой структуры процессов переноса вещества гравитационно-капиллярными волнами;
  • излучения звука при столкновении капли с поверхностью жидкости;
  • переноса вещества капли в принимающей жидкости.

Основные результаты:

  • Определены связи пространственно-временных характеристик гравитационно-капиллярных волн, с параметрами контактных и неконтактных (акустических) волнопродукторов.
  • Прослежена динамика отрыва воздушной полости и ее связь с резонансным излучением при ударе капли о водную поверхность.
  • Показана корреляция воздушной и подводной компонент акустического излучения.
  • Определен порог скорости соударения капли с поверхностью жидкости, выше которого начинается ударное излучение звука.
  • Документирована кинематика отрыва капель воды, спирта и вязких жидкостей (масла, глицерин) от круглого сопла – эволюция перемычки и вторичных капель – сателлитов.

Публикации:

  1. Прохоров В.Е. Влияние молекулярных эффектов на излучение звука при низкоскоростном столкновении капли с поверхностью воды // ЖЭТФ. 2018. Т. 153. № 4. С.№ 584-589.
    DOI: 10.7868/S0044451018040053
    [ЖЭТФ]
  2. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Акустика и гидродинамика удара капли о водную поверхность // Акустический журнал. 2017. Т. 63. № 1. С. 38-49.
    [Ак.журнал, PDF]
  3. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Структура первичного звукового сигнала при столкновении свободно падающей капли с поверхностью воды // ЖЭТФ. 2016. Т. 149. Вып. 4. С. 864-875
    DOI: 10.7868/S0044451016040155
    [ЖЭТФ]
  4. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Тонкая структура акустических сигналов, вызванных падением капли на водную поверхность // ДАН. 2015. Т. 463. № 5. C. 538-542.
    DOI: 10.7868/S0869565215230097
  5. Chashechkin Y.D., Prokhorov V.E. Air and Underwater Sound Emission by Drop Impact on the Free Surface. Advances in Applied Acoustics (AIAAS). 2014. V. 3. No. 1. pp. 1-8.
    DOI: 10.14355/aiaas.2014.0301.01
  6. Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Динамика отрыва одиночных капель в воздушной среде // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 4. С. 109-118.
    [МЖГ]
  7. Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Визуализация и акустическая регистрация тонкой структуры стратифицированного течения за вертикальной пластиной // Изв. РАН. МЖГ. 2013. № 6. С. 15-28.
    [МЖГ]
  8. Чашечкин Ю.Д., Прохоров В.Е. Гидродинамика удара капли: короткие волны на поверхности венца // ДАН. 2013. Т. 451. № 1. С. 41-45.
    DOI: 10.7868/S0869565213190109
  9. Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Структура стратифицированного течения за тонкой вертикальной пластиной по данным теневой визуализации и гидролокации // ДАН. 2013. Т. 448. № 5. С. 538-542.
    DOI: 10.7868/S0869565213050125
  10. Prokhorov V.E. Acoustic Detection of Microstructure and Internal Waves in the Stratified Flow. Procedia IUTAM. 2013. V. 8. P. 186-195.
    DOI: 10.1016/j.piutam.2013.04.024
  11. Прохоров В.Е., Чашечкин Ю.Д. Генерация гравитационно-капиллярных волн подводным источником звука // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 4. С. 531-538.
    [eLibrary]

Стенд вихревых течений с закруткой (ВТК)

Стенд вихревых течений с закруткой (ВТК)

Стенд предназначен для изучения динамики и структуры составных вихрей в однородной, многослойной (с несмешивающимися компонентами) и непрерывно стратифицированной жидкости, а также динамики переноса твердотельных и жидких маркеров в вихревых течениях в широком диапазоне уровней базовой завихренности потока.

Стенд включает рабочий контур (IV) 0.7×0.7×0.95 м и рабочий объем – цилиндр высотой 0.9 м, диаметром 0.294 м. Составное вихревое течение создается установленном на дне диском, диаметр и детали геометрии которого определяются условиями опытов. Диск приводится во вращение электромотором, с частотой от 200 до 1200 об/мин. На оси электромотора располагается диск-маска измерителя угловой скорости, частота вращения контролируется оптическим датчиком и регистрируется блоком преобразования сигнала (II). В ряде опытов для выравнивания плоскости дна на уровне верхней кромки диска устанавливалось фальшдно.

Фото- или видеорегистрация картины течения велись одновременно сверху и сбоку аппаратами (V), управляемыми компьютером. Маркер, раствор красителя, масляное пятно помещаются в выбранную область течения.

Жидкость в контейнере освещалась источником белого света (III) с рассеивающим экраном или УФ лампой.

Проведены исследования эволюции компактного пятна растворимого красителя; эволюции формы и устойчивости границы несмешивающихся жидкостей, закономерностей движения твердотельного маркера в составном вихре.

Основные результаты:

  • Впервые надежно установлено, что свободные твердотельные маркеры нейтральной плавучести наряду с вращением вокруг центра вихревого течения всегда вертятся вокруг собственной оси и искажают картину течения в своей окрестности.
  • Компактное пятно растворимого красителя в процессе переноса всегда распадается на отдельные волокна спиральной формы на поверхности и винтовой – в толще жидкости. Волокна визуализируют общую картину течения и структуру отдельных тонких компонентов – лигаментов – в составном вихре.
  • Контактная поверхность несмешивающихся жидкостей при больших угловых скоростях вращения диска теряет устойчивость и распадается на прямую (капли нефти в воде) или инвертную (вода в нефтяной оболочке) эмульсию в зависимости от физических параметров среды и характеристик течения.

На основе полученных результатов защитила диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук сотрудница лаборатории

  • Степанова Е.В. Экспериментальное исследование тонкой структуры вихревого течения в жидкости со свободной поверхностью.

Публикации:

  1. Степанова Е.В., Чаплина Т.О., Чашечкин Ю.Д. Формы частичного распада масляного тела в составном вихре // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 52-64.
    [МЖГ]
  2. Степанова Е.В., Чаплина Т.О., Чашечкин Ю.Д. Экспериментальное исследование переноса масла в составном вихре // ПМТФ. 2013. Т. 54. № 3. С. 79-86.
    [ПМТФ, eLibrary]
  3. Степанова Е.В., Чаплина Т.О., Трофимова М.В., Чашечкин Ю.Д. Структурная устойчивость процесса переноса вещества из компактного пятна в составном вихре // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 5. С. 578-590.
    [eLibrary]
  4. Степанова Е.В., Чашечкин Ю.Д. Перенос маркера в составном вихре // Изв. РАН. МЖГ. 2010. № 6. С. 12-29.
    [МЖГ]
  5. Чашечкин Ю.Д., Степанова Е.В. Формирование одного спирального рукава из центрального пятна маркирующей примеси на поверхности составного вихря // ДАН. 2010. Т. 430. № 3. C. 330-333.
    [eLibrary]

Стенд моделирования вихревых течений с кручением и перетоком (ВТП)

Стенд моделирования вихревых течений с кручением и перетоком (ВТП)

Состав стенда: внешний контур 0.7×0.7×0.95 м, рабочий объем – цилиндры диаметром 0.3, 0.2 и 0.15 м и высотой 0.9 м; донный диск с электроприводом (300–1500 об/мин); баки накопительные, насосы послойной перекачки, датчики уровня, осветители, фото-видеокамеры.

Стенд после изготовления, настройки и сдачи в эксплуатацию законсервирован.

Стенд для регистрации тонкоструктурных быстропротекающих процессов (ТБП)

Стенд для регистрации тонкоструктурных быстропротекающих процессов (ТБП)
(а)

(б)

Общий вид (а) и схема (б) стенда ТБП: 1 – лоток, 2 – фото- (видео-) регистратор, 3 – блок управления, 4 – регистратор прохождения капли, 5, 6 – осветители, 7 – компьютер, 8 – защитные экраны, 9 – дозатор.

Стенд ТБП предназначен для прямой визуализации и регистрации тонкой структуры быстропротекающих процессов, сопровождающих погружение свободно падающей капли в жидкость. Основное внимание уделяется изучению формирования коротких капиллярных волн в принимающей жидкости и на поверхности погружающейся капли, а также закономерностям переноса вещества.

Выполнены исследования:

  • погружения капель смешивающихся и несмешивающихся жидкостей в глубоком бассейне;
  • оценки влияния формы дна на картину течения в мелком лотке;
  • оценки состояния поверхности жидкости (чистая, запыленная, покрытая масляной пленкой) на форму остаточного пятна несмешивающейся жидкости;
  • закономерностей переноса вещества смешивающихся жидкостей в процессе эволюции течений.

Основные результаты:

  • На поверхности погружающейся капли впервые зарегистрированы капиллярные волны, создаваемые образующимися брызгами, определены условия их образования.
  • Определены параметры линейчатых и сетчатых структур, визуализирующих положение вещества капли при слиянии смешивающихся жидкостей.
  • Прослежена зависимость формы пятна масла (нефти) от состояния поверхности воды (чистой, запыленной, с тонкой масляной пленкой).

Публикации:

  1. Ильиных A.Ю., Чашечкин Ю.Д. Гидродинамика погружающейся капли: линейчатые структуры на поверхности венца // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 2. С. 152-164.
    DOI: 10.7868/S0568528117020098
    [МЖГ]
  2. Ильиных A.Ю., Чашечкин Ю.Д. Гидродинамика контакта падающей капли со свободной поверхностью жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 2. С. 3-12.
    DOI: 10.7868/S0568528116020092
    [МЖГ]
  3. Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. Погружение свободно падающей капли и последующий всплеск: тонкие структуры течений // Проблемы эволюции открытых систем (Казахстан). 2016. Т. 18. Вып. 2. С. 2-30.
  4. Чашечкин Ю.Д., Ильиных A.Ю. Капиллярные волны на поверхности погружающейся в жидкость капли // ДАН. 2015. Т. 465, № 4, с. 534-440.
    DOI: 10.7868/S0869565215340101

Стенд микроскопии структуры микротечений (ММТ)

Стенд микроскопии структуры микротечений (ММТ)

Стенд предназначен для визуализации тонких течений в каплях неоднородных жидкостей со свободной поверхностью и в микроканалах, в том числе в условиях изменения фазового состояния среды.

Стенд включает микроскопы Биомед-2 и МС-2, метеостанцию Atomic W739233 для контроля температуры, влажности и давления, рабочие объемы с оптическими стеклами и каналами, цифровые камеры, сопрягаемые с микроскопами с разрешением не менее 5 мегапикселей, ноутбук для регистрации данных с цифровых камер микроскопов и управления режимами съемки, вытяжной шкаф.

Основные результаты:

  • Впервые экспериментально определена и теоретически подтверждена глобальная структура конвективного течения в высыхающей капле.
  • Прослежено формирование и эволюция тонких структур поля концентраций суспензии нано- и микрочастиц различных веществ.
  • Выделены характерные геометрические формы трещин на поверхности высыхающей капли в зависимости от состава и физических параметров капли.

Публикации:

  1. Чашечкин Ю.Д., Бардаков Р.Н., Шабалин В.В. Регулярная тонкая структура течений в высыхающей капле суспензии наночастиц кварца // Доклады АН. 2011. Т. 436. № 3. С. 338-338.
    Chashechkin Yu.D., Bardakov R.N., Shabalin V.V. The regular fine structure of flows in a drying drop of a suspension of quartz nanoparticles // Doklady Physics. 2011. V. 56. № 1. P. 62-64.
    DOI: 10.1134/S1028335810901161
  2. Бардаков Р.Н., Чашечкин Ю.Д. Гидродинамика высыхающей капли многокомпонентной жидкости // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2010. № 5. С. 151-165.
    Bardakov R.N., Chashechkin Y.D., Shabalin V.V. Hydrodynamics of a drying multicomponent liquid droplet // Fluid Dynamics. 2010. V. 45. № 5. P. 803-816.
    DOI: 10.1134/S0015462810050133
  3. Кистович А.В., Чашечкин Ю.Д., Шабалин В.В. Механизм формирования краевого валика в высыхающей капле биожидкости // Журнал технической физики. 2010. Т. 80. № 4. С. 41-46.
    Kistovich A.V., Chashechkin Y.D., Shabalin V.V. Formation mechanism of a circumferential roller in a drying biofluid drop // The Russian Journal of Applied Physics. 2010. V. 55. № 4. P. 473-478.
    DOI: 10.1134/S1063784210040067

Стенд моделирования динамики двухслойных течений (ДДТ)

Стенд моделирования динамики двухслойных течений (ДДТ)

Основной канал 5.00×0.16×0.20 м, циркуляционный насос, осветители, фото-видеокамеры, накопительные баки.

Стенд предназначен для исследования устойчивости поверхности раздела двухслойных смешивающихся и несмешивающихся жидкостей при действии периодических и случайных возмущений механической и электрической природы. Диапазон скоростей жидкостей 0–40 см/с в каждом из слоев обеспечивается двумя раздельными каналами с независимой подачей и отводом жидкости.

После периода эксплуатации и работы по договорам стенд законсервирован.

Стенд Динамики и структуры осциллирующих течений (ДСО)

Стенд Динамики и структуры осциллирующих течений (ДСО)

Стенд ДСО предназначен для изучения нелинейных эффектов в стоячих поверхностных и внутренних гравитационных волнах Фарадея в прямоугольных сосудах различного размера.

Стенд содержит вертикально колеблющуюся платформу, на которой устанавливается прямоугольный лоток с однородной или стратифицированной жидкостью, электромеханический вибростенд, блок управления и аппаратуру фото- и видеорегистрации.

Рабочая среда: вода, керосин, водный раствор поваренной соли (сахара), растительное масло.

Механизм возбуждения волн: параметрический резонанс при вертикальных колебаниях сосуда с амплитудой A и частотой Ω.

Диапазоны изменения частоты0.3<Ω/2π<5 Гц
Диапазоны изменения амплитуды0.03<s<7.50 см
Коэффициент нелинейных искажений
вертикальных колебаний сосуда:
5%
Точность измерения периода колебаний:3×10–3 с
Допустимая масса сосуда с жидкостью:до 50 кг

Основные результаты:

  • Прослежены нелинейные механизмы возбуждения колебаний конечной амплитуды в вертикально осциллирующем сосуде, определены условия возбуждения и параметры устойчивости волн различного модального состава.
  • Определено влияние топографии дна и боковых стенок на параметры колебаний. Определены условия максимального демпфирования волн. Впервые прослежена эволюция пространственной структуры полей концентрации взвеси в осциллирующем бассейне с гладкими стенками и топографией.

На основе полученных результатов защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

  • Калиниченко В.А. «Нелинейные эффекты в поверхностных и внутренних волнах Фарадея».

Публикации:

  1. Базилевский А.В., Калиниченко В.А., Рожков А.Н. Вязкая регуляризация разрушающихся волн Фарадея // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 107. Вып. 11. С. 716-721.
    DOI: 10.7868/S0370274X1811005X
  2. Калиниченко В.А., Со А.Н., Чашечкин Ю.Д., Шкапов П.М. Динамика и структура периодических течений в прямоугольном сосуде с демпферами // Вест. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки». 2017. № 4. С. 29-51.
    DOI: 10.18698/1812-3368-2017-4-29-51
  3. Калиниченко В.А., Нестеров С.В., Со А.Н. Стоячие поверхностные волны в прямоугольном сосуде с локальными нерегулярностями стенок и дна // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 2. С. 65-74.
    DOI: 10.7868/S0568528117020104
    [МЖГ]
  4. Калиниченко В.А., Со А.Н., Чашечкин Ю.Д. Картины циркуляционных течений в волнах Фарадея при наличии пластин-демпферов // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 5. С. 64-71.
    DOI: 10.7868/S0568528116050121
    [МЖГ]
  5. Калиниченко В.А., Со А.Н., Чашечкин Ю.Д. Вихревое демпирование колебаний жидкости в прямоугольном сосуде // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 5. С. 41-53.
    [МЖГ]
  6. Калиниченко В.А., Нестеров С.В., Со А.Н. Волны Фарадея в прямоугольном сосуде с локальными нерегулярностями дна // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 4. С. 83-91.
    [МЖГ]
  7. Калиниченко В.А., Со А.Н. Экспериментальное исследование связанных колебаний сосуда с жидкостью // Вест. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Естественные науки». 2015. № 1. С. 13-24.
  8. Калиниченко В.А., Чашечкин Ю.Д. Структуризация взвешенных донных осадков в периодических течениях над вихревыми рифелями // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 2. С. 95-106.
    [МЖГ]