Teplofizika vysokih temperatur

Кластеры активных броуновских частиц в газоразрядной плазме рассматриваются как открытые системы с обменом энергией с окружающей средой. Показана эволюция кластера из 19 активных броуновских частиц с частично поглощающей металлической поверхностью (так называемых янус-частиц) при воздействии на них интенсивного лазерного излучения. Экспериментально наблюдалось формирование сильно коррелированных кластеров заряженных частиц с ростом мощности лазерного излучения. На основе анализа траекторий частиц, области их локализации, изменения их кинетической энергии, фрактальной размерности и динамической энтропии при различных значениях плотности мощности лазерного излучения изучена самоорганизация кластера сильновзаимодействующих частиц в плазме высокочастотного тлеющего разряда.

В данной работе рассмотрена двухкомпонентная электронейтральная равновесная комплексная плазма макроионов конечных размеров с зарядом Z (Z \( \gg \) 1) и точечных противоположно заряженных микроионов c единичным зарядом. С учетом эффекта нелинейного экранирования макроионов микроионами в рамках приближения Пуассона–Больцмана рассчитано давление в модели средней ячейки Вигнера–Зейтца. Один из способов расчета основан на вычислении поправки на неидеальность для свободной энергии Гельмгольца, второй является специфическим для модели средней ячейки Вигнера–Зейтца. Показано, что давление и изотермическая сжимаемость плазмы являются положительными во всем диапазоне концентраций макроионов.

Разработана корреляционная зависимость теплопроводности \({{\lambda }_{s}}\) жидких хладагентов на линии насыщения в виде простой функции от температуры \(T\): \({{\lambda }_{s}}{\text{/}}{{\lambda }_{0}} = {{(1 + \tau )}^{2}} + A{{\tau }^{{ - \chi }}}\) (где \({{\lambda }_{0}}\) – критериальная единица, \(\tau = 1 - T{\text{/}}{{T}_{c}}\), \({{T}_{c}}\) – критическая температура). Данная зависимость удовлетворяет требованиям динамической масштабной теории, в частности предельному переходу \({{\lambda }_{s}}(T \to {{T}_{c}}) \to + \infty \). Предложенная корреляционная зависимость апробирована на примере описания теплопроводности 17 жидких веществ в диапазоне параметров состояния от линии насыщения до критического давления \({{p}_{c}}\), в интервале температур от температуры тройной точки T_tr до \({{T}_{c}}\). Рассмотренные вещества включают девять хладагентов четвертого поколения – гидрофторхлорпроизводных олефинов, семь гидрохлорфторуглеродов и гидрофторуглеродов, а также C₃H₈. На примере описания \({{\lambda }_{s}}\) C₃H₈ показано, что предложенная корреляционная зависимость не только качественно, но и количественно точно передает поведение \({{\lambda }_{s}}\) в окрестности критической точки. На основе статистического анализа показано, что предложенная корреляция с существенно меньшей неопределенностью описывает данные о теплопроводности жидких гидрофторхлорпроизводных олефинов как на линии насыщения, так и в однофазной области. На основе предложенной методики впервые в интервале температур \(134.3 \leqslant T \leqslant 373.15\) К рассчитана теплопроводность цис-изомера R1225ye(Z).

Методом высокотемпературной дифференциальной масс-спектрометрии изучены процессы испарения и термодинамические свойства образцов системы Fe₂O₃–TiO₂, содержащих 25, 35 и 45 мол. % оксида железа. Как показано ранее, при температурах выше 1400 К Fe₂O₃, теряя кислород, превращается в FeO. Поэтому в данной работе проведено масс-спектрометрическое термодинамическое исследование системы FeO–TiO₂ при температуре 1760 К. Определены состав и парциальные давления пара, а также значения активностей FeO и избыточной энергии Гиббса в системе FeO–TiO₂. Привлечение полинома Вильсона позволило впервые оценить энтальпию смешения и избыточную энтропию в системе FeO–TiO₂ при 1760 К. Проведено моделирование термодинамических свойств расплавов системы FeO–TiO₂ при 1760 К на основе обобщенной решеточной теории ассоциированных растворов, и рассчитаны относительные числа связей различного типа в модельной решетке расплава, свидетельствующие о предпочтительном образовании связей Fe–O–Ti при содержании FeO, равном 55 мол. %. Показано, что при температуре 1760 К найденные значения избыточной энергии Гиббса в системе FeO–TiO₂ свидетельствуют об отрицательных отклонениях от идеальности.

В работе рассчитаны упругие, механические и теплофизические свойства слоев NbN/MgO (001) в интервале температур 600–900°С с использованием упругих констант более высокого порядка. С учетом двух фундаментальных факторов – расстояния до ближайшего соседа и параметра твердости ‒ упругие постоянные второго и третьего порядка оцениваются с использованием подходов потенциала Борна–Майера. Вычисленные значения постоянной второго порядка использовались для расчета модуля Юнга, теплопроводности, анизотропии Зенера, модуля объемного сжатия, плотности тепловой энергии, модуля сдвига, а также коэффициента Пуассона с целью оценки тепловых и механических свойств слоев NbN/MgO (001). Упругая постоянная второго порядка также используется для расчета скоростей волн для сдвиговых и продольных мод распространения вдоль кристаллических ориентаций [100], [110], [111]. Оценены зависящие от температуры средняя скорость Дебая, твердость и ультразвуковые параметры Грюнайзена. Отношение трещиностойкости B/G в текущем исследовании превышает 1.75, и наноструктурированный слой NbN/MgO (001) является пластичным в рассматриваемом температурном диапазоне. Выбранные материалы полностью удовлетворяют требованиям Борна по механической стабильности. Рассчитано время тепловой релаксации, а также ослабление ультразвуковых волн за счет термоупругой релаксации и механизма фонон-фононного взаимодействия. Результаты вместе с другими хорошо известными физическими характеристиками полезны для инженерного применения.

В работе представлены результаты численного исследования взаимодействия детонационных волн со встречными волнами давления в пузырьковой жидкости. Проанализировано изменение параметров детонационной волны при прохождении через фронт встречной волны давления. Изучена возможность управления распространением детонационного процесса путем изменения состояния пузырьковой системы встречными волнами давления.

Рассматривается влияние предварительной ионизации и возбуждения молекул топливно-воздушной смеси при воздействии электронным пучком, созданным во внешнем электрическом поле, на увеличение интенсивности процессов горения. Для исследования воздействия электронно-пучковой плазмы на горение пропан-воздушной смеси проведена серия экспериментов. Определяются характеристики пропан-воздушной смеси до и после облучения электронным лучом в присутствии и в отсутствие внешнего электрического поля. Находятся границы комбинированного воздействия пучка электронов и внешнего электрического поля для повышения эффективности горения пропан-воздушной смеси в дозвуковом потоке. Разрабатывается физическая модель процессов в несамостоятельном разряде в дозвуковом потоке горючей смеси в известных экспериментальных условиях.

В работе рассмотрены аспекты генерации второй оптической гармоники в центросимметричном антиферромагнетике NiO при воздействии узкополосными терагерцевыми импульсами с напряженностью электрического поля порядка 1 МВ/см. Обнаружено, что при воздействии терагерцевыми импульсами с частотой 1 ТГц, которая соответствует частоте антиферромагнитного резонанса NiO, наблюдается значительное уменьшение интенсивности второй гармоники по сравнению c воздействием импульсами с частотой 1.5 ТГц. Показано, что наблюдаемое снижение интенсивности генерации второй гармоники может быть объяснено многолучевой интерференцией при распространении узкополосного терагерцевого импульса в тонком образце.

Рассмотрены основные проблемы и особенности изучения двухфазных потоков. Кратко описаны основные методы математического моделирования двухфазных потоков, описывающие на различном иерархическом уровне межфазную границу, межфазные взаимодействия и турбулентность несущей фазы. Описаны и проанализированы некоторые из последних результатов исследований двухфазных потоков с твердыми частицами, каплями и пузырями: эффективные способы тепловой защиты энергодвигательных установок, работающих на твердом топливе; определение вклада конденсации углеродных наночастиц в горение и детонацию газообразных углеводородов; методы борьбы с обледенением летательных аппаратов; особенности развития и устойчивости факела распыла; распространение акустических волн в многофракционных полидисперсных парогазокапельных смесях газа с твердыми частицами; развитие детонационных волн в пузырьковой жидкости и многие другие.

Выполнены измерения температуры плавления циркония при разных давлениях в диапазоне от 1 до 4000 бар методом импульсного нагрева электрическим током. Полученная зависимость температуры плавления от давления дает оценку наклона кривой плавления циркония 62 К/ГПа, что согласуется с результатами первопринципных расчетов.

Построена математическая модель неизотермической фильтрации жидкости в среде с двойной пористостью. Исследовано влияние фильтрационных и теплофизических параметров трещиновато-пористого пласта на кривые изменения температуры, давления и их производные в забое вертикальной скважины. На основе предложенной модели разработан вычислительный алгоритм интерпретации результатов термогидродинамических исследований вертикальных скважин. В качестве исходной информации использованы замеры давления и температуры в забое скважины после ее пуска.