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, ресурсыБиблиотекаПрофсоюзСотрудникам
Главная > Структура > Лаборатории > Механики сложных жидкостей > Юбилейные материалы 2025

Лаборатория механики сложных жидкостей. Юбилейные материалы и достижения 2015–2025 к 60-летию ИПМех РАН

ИПМех РАН 60 лет
Юбилейные материалы 2025
к 60-летию ИПМех РАН

Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.

  1. Исследования скоростного столкновения импульсных микроструй диаметром 50 мкм с различными препятствиями

    Для формирования микроструи применен термоструйный принцип, при котором выброс микроструи осуществляется быстрорастущим паровым пузырьком, возникающим в результате локального разогрева жидкости микронагревателем. Обнаружено значительное замедление микроструи волокном и ее расщепление на две части. Предложена физическая модель, объясняющая замедление микроструи и позволяющая предсказать диаметр одиночного волокна, необходимый для ее полной остановки.


    • Схема экспериментальной установки

    • Фотографии последовательных стадий (на рис. сверху вниз)
      поперечного удара микроструи воды (скорость v=10 м/с)
      по одиночным цилиндрическим микроволокнам (показаны красной стрелкой,
      расположены перпендикулярно плоскости рисунка)
      диаметром 8 мкм (слева) и 20 мкм (справа)
    1. ipmnet.ru/labs/cfluids/results/ImpactWaterMicrojet/
    2. Базилевский А.В., Рожков А.Н. Удар микроструи воды по микроволокну //  Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 5. С. 110-118. mzg.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/5/110 DOI: 10.31857/S1024708423600331, EDN: NNUINU
      = A.V. Bazilevsky, A.N. Rozhkov. Impact of a Water Microjet on a Microfiber // Fluid Dyn. 2023. V. 58. No. 5. P. 934-941. DOI: 10.1134/S0015462823601365
  2. Разрушение капли воды при столкновении с диском

    Фрагментация капли и образование мелких вторичных капель прослежено на примере столкновения капли воды с препятствием в виде диска. При столкновении капли с дискообразным препятствием формируется всплеск, образованный тонкой круглой жидкой ламелей, ограниченной круглой краевой струёй. Всплеск сначала расширяется, а затем схлопывается. При увеличении скорости удара vi краевая струя начинает распадаться на вторичные капли, которые, в том числе, могут являться потенциальными переносчиками инфекции.

    Численные результаты предсказывают разбрызгивание в диапазоне чисел Вебера Wei⊂(137,206) в соответствии с результатами экспериментов и оценками натурных условий.


    • Изменение профиля капли
      (с исходным диаметром 2.8 мм)
      во времени при столкновении
      с небольшим диском
      с различной скоростью
    1. Rozhkov A., Prunet-Foch B., Fedyushkin A., Vignes-Adler M. Fragmentation of water drops in collision with a small obstacle // Atomization and Sprays. 2023. V. 33. No. 10. P. 1–15. DOI: 10.1615/AtomizSpr.2023044982
  3. Движение упругой капли через отверстие в тонкой пластине

    Исследовались удары капель воды и полимерных растворов по тонкой пластине с одиночным круглым отверстием. Как показали реологические испытания ротовой жидкости, именно эти растворы наиболее близко могут моделировать гидродинамику ротовой жидкости. Моделируется защита от инфекции, передаваемой воздушно-капельным путём с помощью медицинских масок.

    Обнаружено, что движение капли через отверстие в пластине замедляется отверстием вплоть до полной остановки полёта капли, что более сильное торможение наблюдается у жидкостей с более высоким уровнем упругих добавок, а также, что эксперименты по падению капель через отверстие в пластине могут свидетельствовать о благоприятном эффекте упругости жидкостей при использовании защитных медицинских масок и фильтров от инфекции, передаваемой воздушно-капельным путём.


    • Исследования падения капли
      через круглое отверстие в пластине

    • Исследования падения капли
      через круглое отверстие в пластине

    • Зависимость перемещения капли z от времени
      для различных жидкостей (вода, водные растворы
      полиакриламида молекулярной массы 11 млн
      и концентраций 100 и 1000 млн-1 (ПАА-100 и ПАА-1k))
      и высот падения капель h0=5, 10, 20 мм

    • Падение капли с высоты 10 мм
    1. Руденко А.О., Рожков А.Н. Движение упругой капли через отверстие в тонкой пластине // Изв. РАН. МЖГ. 2024. (в печати).
  4. Эффект подавления процесса разрушения и регуляризации стоячей гравитационной волны

    В 2019–2023 гг. на стенде Динамика и структура осциллирующих течений (УНУ ГФК ИПМех РАН) проведена серия экспериментов по выявлению способов регуляризации разрушающихся гравитационных волн на свободной поверхности жидкости ограниченного объема. Установлен эффект подавления процесса разрушения и регуляризации стоячей гравитационной волны Фарадея в виде:

    1. перехода к двухслойной жидкости в баротропном режиме (Калиниченко В.А., 2019);
    2. использования слоя плавающих частиц (Калиниченко В.А., 2020);
    3. увеличения вязкости жидкости в 50-90 раз (Калиниченко В.А., 2022);
    4. использования плавающей пластины и перехода к стоячим изгибно-гравитационным волнам (Калиниченко В.А., 2021, 2023).

    • Стенд Динамика и структура
      осциллирующих течений
      УНУ ГФК ИПМех РАН

    • Разрушающаяся волна на свободной
      поверхности воды (вязкость ν=1 cСт)

    • Регулярная волна высоты Н=12.6 см
      на поверхности водного раствора сахара (ν=85.97 cСт)

    • Огибающие свободной поверхности
      двухслойной жидкости масло–вода,
      H=14.2 см, толщина слоя масла h1=5 см

    • Регулярная изгибно-гравитационная волна
      высоты H=13 см, толщина пластины hp=0.5 см
    1. Калиниченко В.А. Регуляризация гравитационных баротропных волн в двухслойной жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 6. С. 25-37. DOI: 10.1134/S0568528119060069
       = Kalinichenko V.A. Regularization of barotropic gravity waves in a two-layer fluid // Fluid Dyn. 2019. V. 54. No. 6. P. 761-773. DOI: 10.1134/S0015462819060065
    2. Калиниченко В.А. Подавление интенсивных колебаний жидкости слоем плавающих частиц // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 6. С. 85-97. DOI: 10.31857/S0568528120060067
       = Kalinichenko V.A. Suppression of intense fluid oscillations by a floating particle layer // Fluid Dyn. 2020. V. 55. No. 6. P. 804-816. DOI: 10.1134/S0015462820060063
    3. Калиниченко В.А. Стоячие гравитационные волны на поверхности вязкой жидкости // ПММ. 2022. Т. 86. № 3. С. 370-380. DOI: 10.31857/S0032823522030067
       = Kalinichenko V.A. Standing Gravity Waves on the Surface of a Viscous Liquid // Fluid Dyn. 2022. Vol. 57. No. 7. P. 891-899. DOI: 10.1134/S0015462822070059
    4. Калиниченко В.А. Частоты и профили стоячих изгибно-гравитационных волн // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 5. С. 103-109. DOI: 10.31857/S1024708423600306
       = Kalinichenko V.A. Frequencies and Profiles of Standing Flexural-Gravity Waves // Fluid Dyn. 2023. Vol. 58. No. 5. P. 927-933. DOI: 10.1134/S0015462823601468
  5. Неустойчивость и гравитационная концентрационная конвекция в пористой среде

    Исследована устойчивость профиля концентрации соли в грунте при наличии подъемного течения соленой воды, возникающего из-за испарения влаги с поверхности Земли. Численно доказано, что в зависимости от чисел Пекле Pe и Рэлея-Дарси R профиль концентрации соли может быть как устойчивым, так и неустойчивым. В последнем случае развивается концентрационная конвекция, формируется стационарное циркуляционное течение (режим слоя) или стохастическая мелкомасштабная структура «солевых» капель (режим полубесконечной области).

    Выполнено численное моделирование начала и развития односторонней и двухсторонней концентрационной конвекции (неустойчивость Рэлея-Тейлора) в приложении к технологиям захоронения углекислоты в подземных пористых образованиях. Исследовано влияние переменных по пространству пористости и проницаемости твердой фазы, вязкости раствора, начальных флуктуаций физических переменных. Получено, что при прохождении конвективного течения через малопроницаемый пористый слой возникает сложная квазипериодическая структура.


    • Задача об устойчивости профиля концентрации соли.
      Карта режимов состояния жидкости.
      Маркеры 1 – устойчивое состояние; 2–4 – неустойчивое состояние.
      Границы режимов конвекции отмечены кривыми
      6 – Rc=25/Pe, 7 – Rc1=1000×Pe-1.4, 8 – Rc2=5.78.

    • Задача о развитии односторонней конвекции в среде,
      включающей мало проницаемый пористый слой (выделен серым цветом).
      Поле концентрации растворенной примеси
      в моменты времени t=600 (сверху), 1275 (снизу) дней.
    1. Соболева Е.Б., Цыпкин Г.Г. Режимы концентрационной конвекции при испарении грунтовых вод, содержащих растворенную примесь // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 3. С. 70-78. DOI: 10.7868/S0568528116030142
      = Soboleva E.B., Tsypkin G.G. Regimes of haline convection during the evaporation of groundwater containing a dissolved admixture // Fluid Dyn. 2016. V. 51. No. 3. P. 364-371. DOI: 10.1134/S001546281603008X
    2. Soboleva E.B. Density-driven convection in an inhomogeneous geothermal reservoir // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 127 (part C). P. 784-798. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.019
    3. Соболева Е.Б. Численное моделирование фильтрационных концентрационно-конвективных течений с контрастом вязкости // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2022. Т. 62. № 11. С. 1927-1939. DOI: 10.31857/S0044466922110126
      = Soboleva E.B. Numerical Simulation of Haline-Convective Flows with Viscosity Contrast in a Porous Medium //  Comput. Math. and Math. Phys. 2022. V. 62. No. 11. P. 1942-1954. DOI: 10.1134/S0965542522110100
    4. Soboleva E. Instability Problems and Density-Driven Convection in Saturated Porous Media Linking to Hydrogeology: A Review // Fluids. 2023. V. 8. No. 2. Article 36. DOI: 10.3390/fluids8020036
  6. Численное моделирование роста температуры сверхкритической жидкости за счет поршневого эффекта (нагрева при адиабатическом сжатии, происходящего из-за высокой сжимаемости среды)

    Получено, что вблизи критической точки характерное время поршневого эффекта перестает уменьшаться, оно стремится к постоянной величине, отклоняясь от теоретически предсказанной зависимости, что указывает на нелинейный характер явления. При достаточно больших температурах нагрев переходит в режим теплопроводности.


    • Время поршневого эффекта τ
      при скачке температуры Θ=0.1 (1), 1 (2), 10 мК (3)
      в области шириной 1 см в зависимости от ε.
      Среда описывается кубическим уравнением Ван-дер-Ваальса (а)
      или уравнением состояния пятой степени (б).
      Теоретическая кривая поршневого эффекта τpe(ε) (4),
      кривая теплопроводности τd(ε) (5).
    1. Gorbunov A., Soboleva E. Three equations of state of near-critical fluids and numerical simulation of the piston effect // Microgravity Sci. Technol. 2020. V. 32. P. 47-57. DOI: 10.1007/s12217-019-09735-5
  7. Математическое моделирование волновых движений сложных гидрофизических сред

    В 2014–2024 гг. получены точные и асимптотические решения фундаментальных проблем математического моделирования геофизической гидродинамики сложных природных сред (океан, атмосфера), связанных с изучением процессов возбуждения, распространения внутренних и поверхностных гравитационных волн, критических явлений при их эволюции, в том числе с учетом неоднородности и нестационарности параметров этих сред, наличия фоновых сдвиговых течений и ледяного покрова.


    • Внутренние гравитационные волны
      в произвольно стратифицированной жидкости
    1. Булатов В.В., Владимиров Ю.В. Волны в стратифицированных средах. М.: Наука, 2015, 735 с. elibrary.ru/item.asp?id=23742740
    2. Bulatov V., Vladimirov Yu. Generation of internal gravity waves far from moving non-local source // Symmetry. 2020. Vol. 12. Iss. 11. P. 1899 DOI: 10.3390/sym12111899
    3. Булатов В.В. Аналитические свойства функции Грина уравнения внутренних гравитационных волн в стратифицированной среде со сдвиговыми течениями // Теоретическая и математическая физика. 2022. Т. 211. № 2. С. 200-215 DOI: 10.4213/tmf10224
      = Bulatov V.V. Analytic properties of the Green's function for the equation of internal gravitational waves in a stratified medium with shear flows // Theor. Math. Phys. 2022. V. 211. Iss. 2. P. 611-624. DOI: 10.1134/S0040577922050038
    4. Bulatov V.V. Wave dynamics of stratified media with variable shear flows // Fluid Dyn. 2023. V. 58. Suppl. 2. P. S229-S239 DOI: 10.1134/S0015462823603121
  8. Математическое моделирование фазовых переходов в пористых средах. Бифуркации. Устойчивость

    Исследована устойчивость течений с поверхностями раздела в геотермальных пластах, в нефтяных месторождениях и в грунтах. Найдены условия неустойчивости, которые приводят к дроблению водонасыщенной области, окруженной газовой фазой. Исследована взаимосвязь условий перегрева воды и возникновения морфологической неустойчивости при течении в геотермальных резервуарах. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных в рамках приближений Дарси и Бринкмана при исследовании устойчивости течений в пористых средах.

    Представлены математические модели инжекции углекислоты в жидком и газообразном состоянии в пласт, содержащий гидрат метана. Определены термодинамические условия существования самоподдерживающейся реакции замещения метана углекислым газом в гидрате.


    • Нарушение связности области,
      насыщенной жидкостью при неустойчивости
      поверхности раздела газ-вода

    • Спонтанный переход к неустойчивости
      поверхности раздела газ-нефть
      при эксплуатации нефтяного
      месторождения с газовой шапкой

    • Бифуркационная диаграмма существования
      и устойчивости решений, когда тяжелая
      жидкость располагается над легкой
      в геотермальной системе

    • Термодинамическая диаграмма, определяющая
      условия существования реакции замещения
      метана углекислым газом в гидрате
      при инжекции жидкого СО2
    1. Tsypkin G.G., Shargatov V.A. Influence of capillary pressure gradient on connectivity of flow through a porous medium // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2018. V. 127. Part C. P. 1053-1063. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.107
    2. Tsypkin G.G., Il'ichev A.T. Superheating of water and morphological instability of the boiling front moving in the low-permeability rock // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 167. Article 120820. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120820
    3. Tsypkin G.G. Analytical study of CO2-CH4 exchange in hydrate at high rates of carbon dioxide injection into a reservoir saturated with methane hydrate and gaseous methane // Energy. 2021. Vol. 233. Article 121115. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121115
    4. Il'ichev A.T., Tsypkin G.G. Stability of the interface in a porous medium in the framework of Darcy's and Brinkman's approximations // Transp. Porous Med. 2023. V. 148. No. 2. P. 317-333. DOI: 10.1007/s11242-023-01943-3
  9. 3D всплески при ударе по капле маловязкой жидкости

    Обнаружены неизвестные ранее трехмерные куполообразные жидкие структуры, формирующиеся в результате удара небольшим диском по капле воды, сидящей на другом диске. В результате быстрого сжатия между двумя дисками капля проходит через сложные трансформации своей формы. Показано, что наблюдаемые в эксперименте необычные структуры жидкости являются следствием кинематики ее импульсного выброса из быстроуменьшающегося зазора между дисками.


    • Схема эксперимента (слева) и последовательные
      видеокадры кадры трансформации капли воды
      в результате ее быстрого (скорость 1.4 м/с)
      сжатия между двумя дисками диаметром 5 мм (справа)
    1. Bazilevsky A.V., Rozhkov A.N. Letter: Dome-shaped splashes generated by the impact of a small disk on a sessile water drop // Physics of Fluids. 2018. V. 30. Article 101702. DOI: 10.1063/1.5055232
    2. Bazilevsky A.V., Rozhkov A.N. Impact of a small disk on a sessile water drop // Physics of Fluids. 2020. V. 32. Article 087101. DOI: 10.1063/5.0018179
  10. Деформация и фрагментация капли при столкновении с тонким цилиндром

    Экспериментально исследованы возможные режимы деформации и фрагментации капли маловязкой жидкости при ее столкновении с тонким горизонтальным цилиндром. Обнаружены и проанализированы гидродинамические эффекты, ответственные за реализуемость того или иного режима фрагментации капли.


    • Последовательные стадии столкновения капли воды,
      падающей со скоростью 1.4 м/с на
      металлический цилиндр диаметром 0.64 мм
      (ось цилиндра перпендикулярна плоскости рисунка)
    1. Bazilevsky A.V., Rozhkov A.N. Deformation and fragmentation of a water drop in collision with a thin cylinder // Physics of Fluids. 2025. V. 37. No. 2. Paper 022113. DOI: 10.1063/5.0249451

Из истории лаборатории

Базой для создания Лаборатории механики сложных жидкостей послужили Лаборатория прикладной механики сплошных сред, которой до 1994 года руководил профессор Владимир Маркович Ентов, основу которой составили некоторые сотрудники Термогазодинамической лаборатории, которую возглавлял с 1969 по 1987 г. доктор физ.-мат. наук, профессор В.Б. Либрович, и Лаборатория математического и физического моделирования в гидродинамике, руководимая до 2010 года профессором Вадимом Ивановичем Полежаевым. В настоящее время Лабораторией механики сложных жидкостей руководит доктор физико-математических наук Алексей Николаевич Рожков.


  • Владимир Маркович
    Ентов
    (1937–2008)
    зав. лаб. прикладной
    механики сплошных
    сред до 1994 г.

  • Вадим Иванович
    Полежаев
    (1936–2013)
    зав. лаб. математического
    и физического моделирования
    в гидродинамике до 2010 г.

  • Алексей Николаевич
    Рожков
    зав.лаб. с 1994
    по наст. время

  • Термогазодинамическая лаборатория (1980 г.)
    2-й ряд (слева направо): Юрьев И.М., Зазовский А.Ф.,
    Дудкин В.А., Кедров А.Ю., Рухин В.Б., Цыпкин Г.Г.,
    Кидин Н.И., Базилевский А.В., Махвиладзе Г.М.,
    Либрович В.Б. (зав. лаб.).
    1-й ряд (слева направо): Сурин В.П., Шпунтов Н.А.,
    Огуречников В.А., Быстрова Т.В., Чижов Ю.Л.,
    Козлова А.В., Рожков А.Н.

  • Лаборатория математического и физического
    моделирования в гидродинамике (1979-1989 гг.).
    2-й ряд (слева направо): Кондрашов В.А., Бунэ А.В.,
    Верезуб Н.А., Тишаев Д.В., Глазунов И.Н., Дубовик К.Г.,
    Глушко Г.С., Гумилевский А.Г., Федюшкин А.И., Федосеев А.И.,
    Бояринцев В.И., Павловский Д.С., Ермаков М.К., Фрост В.А.,
    Никитин С.А., Грязнов В.Л., Емельянов В.М. Леднев А.К.
    1-й ряд (слева направо): Чудов Л.А., Простомолотов А.И.,
    Руденко А.О., Амбарцумян Е.Н., Полежаев В.И. (зав. лаб.),
    Михнова Я.С., Савельева И.В.

  • Лаборатория механики сложных жидкостей (2019 г.).
    2-й ряд (слева направо): Базилевский А.В., Рожков А.Н.,
    Соболева Е.Б., Цыпкин Г.Г., Калиниченко В.А.;
    1-й ряд (слева направо): Булатов В.В., Владимиров Ю.В.,
    Руденко А.О., Федюшкин А.И.

Информация на февраль 2025 г.