НЕМНОГО О НЕВЕСОМОСТИ
И НЕ ТОЛЬКО
В Институте теплофизики мероприятия в честь Дня науки прошли 5 февраля. Ознакомиться с достижениями учёных пришли школьники из гимназии № 3 и четверокурсники СГГА.
Е. Садыкова, «НВС»
День открытых дверей начался с лекции «Теплофизика на земле и в космосе», с которой выступил к.ф.-м.н. И. В. Марчук. Лектор коснулся истории института, рассказал об ученых, его сформировавших — С. С. Кутателадзе, В. Е. Накорякове и других, их достижениях в науке. И, конечно же, о самой теплофизике, её неоценимой роли в научно-техническом прогрессе. Основные её достижения, которыми мы пользуемся ежедневно — электрическая энергия, тепловая энергия, паровые машины, теплоэлектростанции, холодильные установки, тепловые насосы и т.д. Ну и, конечно же, знания в этой области необходимы для освоения космических просторов — эксперименты в условия микрогравитации позволяют лучше понять многие процессы, происходящие на Земле и в космосе.
Далее состоялась экскурсия по пяти лабораториям института: физических основ энергетических технологий (завлаб д.ф.-м.н. Д. М. Маркович), экологических проблем теплофизики (завлаб С. И. Шторк), лаборатории интенсификации процессов теплообмена (завлаб О. А. Кабов), радиационного теплообмена (завлаб И. М. Уланов) и низкотемпературной теплофизики (завлаб А. Н. Павленко). Наибольший интерес слушателей вызвали две: лаборатория физических основ энергетических технологий и лаборатория интенсификации процессов теплообмена.
В лаборатории физических основ энергетических технологий участникам экскурсии продемонстрировали стенд, на котором проводятся эксперименты по изучению кавитации и объяснили тонкости процесса.
Рассказывает сотрудник лаборатории М. Тимошевский:
— На данном стенде проводятся исследования обтекания гидрокрыльев. Гидрокрылья встречаются в виде направляющих лопаток на гидростанциях, подводных крыльев различных судов и подводных лодок. Основная проблема, связанная с их обтеканием — возникновение кавитации, т.е. вскипания воды вблизи поверхности за счёт локального падения давления. Происходит это так. Во время вскипания воды образуется растущий пузырек, который при достижении некоторого критического размера начинает отрываться от поверхности и уносится по потоку. В это время давление, естественно, растёт. Но когда оно возвращается к нормальному, происходит схлопывание пузырька и возникает гидроудар, бьющий непосредственно по поверхности гидролопатки, тем самым её деформируя и постепенно разрушая. Яркое проявление процесса кавитационной эрозии наблюдается на ГЭС, где направляющие лопатки такого типа приходится менять с периодичностью в пять-десять лет.
Мы проводим эксперименты на упрощенных моделях, пытаемся получить режимы, сходные с теми, которые наблюдаются на реальных объектах. Получаем данные по профилю скорости, завихренности и различным компонентам скоростей, высчитываем кинетическую энергию и т.д. Данная информация крайне полезна и актуальна.
В лаборатории интенсификации процессов теплообмена посетителей ждал интереснейший рассказ об экспериментах в условиях микрогравитации (невесомости) и фильм, снятый во время проведения этих экспериментов с участием рассказчика.
Рассказывает Д. Зайцев:
— Мы занимаемся процессами тепломассообмена в жидкостях: исследуем, как тепло распространяется в каплях, в тонких слоях жидкостей, в ручейках, и как оно меняет конфигурацию этих жидкостей. Основное приложение наших работ — охлаждение оборудования, например, процессоров компьютера, причём не только в статичных, но и в движущихся системах, например, в скоростных поездах, в военной технике или на борту космических станций.
Одним из наиболее эффективных способов охлаждения может быть спрей, когда мелкие капли жидкости разбрызгиваются на нагреваемую поверхность, испаряются и отводят тепло. Для того, чтобы использовать такое охлаждение более эффективно, мы исследуем одну каплю: как она испаряется, какие параметры влияют на испарение, как влияет поверхность на этот процесс (её шероховатость и смачиваемость), размер капель, гравитация. Выяснилось, что уровень гравитации может серьёзно воздействовать на форму капли и её поведение. Мы провели несколько экспериментов в условиях различных гравитаций в так называемых параболических полётах.
Это специальный манёвр самолета, когда он пикирует, поднимается под углом 48 градусов, а затем начинает падать. Известно, что любое тело, которое падает, пребывает в состоянии невесомости. Она длится примерно 20 секунд, потом включается двигатель и начинается выход из пике. Возникает состояние гипергравитации, в два раза превышающее состояние нормальной гравитации на Земле. В этот момент вес всех тел в два раза превосходит нормальный. Самолёт совершает 30 таких парабол в день, возникает 30 периодов микрогравитации, каждый из которых длится 20 секунд. Всего самолёт проводит в полёте три дня по четыре часа. За это время мы успеваем провести эксперимент. Для данных экспериментов используется стандартный самолёт, адаптированный для параболических полетов — усилен фюзеляж и т.д.
Проект международный, российско-бельгийско-итальянский. В полёте принимали участие европейские космонавты. Наш эксперимент готовился примерно год, а вообще в самолёте проводилось одновременно примерно 20 всевозможных экспериментов — по физике жидкости, по биологии, по физиологии человека. Полёты проходили в Бордо (Франция). Состояние невесомости как на орбитальной станции, только там невесомость постоянная, а у нас — всего 20 секунд. Планируется, что данный эксперимент будет воспроизведен на орбитальной станции космонавтами.
Ощущения невесомости — это по сути состояние свободного падения. Первые ощущения — шок. Внезапно ты начинаешь куда-то падать, но видишь, что ничего не движется, возникает диссонанс, затем мозг переключается, адаптируется и начинает всё воспринимать нормально. Ощущение полного расслабления, которое невозможно получить на Земле, состояние парения... Есть такая теория, что состояние невесомости — как наркотик, раз испытав его хочется к нему вернуться.
В лаборатории экологических проблем теплофизики Л. Гешева показала посетителям модель камеры сгорания, в которой получают вихревые структуры. Камера используется как для фундаментальных задач — изучения вихревых структур и особенностей вихрей, а также для малой энергетики, в частности, такое оборудование может быть установлено на котельных станциях, где за счёт закрученности потока увеличивается эффективность работы камеры сгорания.
В лаборатории радиационного теплообмена, где занимаются такими серьёзными вещами как перенос энергии излучения, термоподготовка и сжигание углей в условиях внешних воздействий (закрутка, псевдоожижение, СВЧ-излучение и др.), динамика и структура волн в многофазных системах с энерговыделением, а также изучают электрофизические, теплофизические и оптические свойства плазмы индукционных разрядов трансформаторного типа в инертных и молекулярных газах и парах металлов и т.д. показали множество интересных приборов, в частности, устройство для получения плазмы, и рассказали о её применении.
Последней стала лаборатория низкотемпературной теплофизики, огромная, холодная, с поражающими взгляд установками, основная достопримечательность которой — крупномасштабная модель рефикационной (то есть разделительной) колонны, собранная сотрудниками ещё в незапамятные времена.
«Если вы хотите не только заниматься наукой, но и с интересом проводить время, ездить „по Европам“, может даже полететь в космос — приходите к нам работать», — пригласили посетителей экскурсоводы, молодые учёные института А. Семенов, Е. Шацкий и С. Старинский. И ребята обещали подумать.
стр. 5
|
