Научный коллектив Политеха получил грант РФФИ

Ученые разрабатывают новое направление математического моделирования локально-неравновесных процессов переноса и методы их исследования

Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) опубликовал итоги очередного конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые ведущими молодежными коллективами («Стабильность»). В число победителей конкурса вошла команда ученых научно-исследовательского центра «Фундаментальные проблемы теплофизики и механики» опорного университета под руководством профессора кафедры «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика» Игоря Кудинова.

Грантовую поддержку получил проект политеховцев «Разработка, теоретическое исследование и экспериментальная верификация математических моделей колебательных процессов, тепломассопереноса и термомеханики с двух- и многофазным запаздыванием». Его основная цель – построение новых математических моделей и поиск методов их исследования применительно к широкому спектру локально-неравновесных процессов переноса в различных физических системах. Результаты последних исследований опубликованы в журнале Physica A: Statistical Mechanics and its Applications.

Предлагаемый учеными подход основан на современной версии термодинамики третьего поколения и позволяет изучать локально-неравновесные процессы переноса и основные закономерности их протекания. Кроме того, он открывает широкие возможности для исследования процессов, практически значимых с точки зрения современных нанотехнологий. Так, например, реализация фазовых превращений в локально-неравновесных условиях позволяет получать новые наноматериалы и нанопокрытия с уникальными физико-химическими свойствами, которые невозможно получить традиционными способами.

Проект рассчитан на 2 года. Объем финансирования составляет от 4 до 6 млн рублей в год.

3D-моделирование высокоскоростных процессов переноса позволит открыть новые перспективы создания технологий получения наноматериалов

Руководитель проекта Игорь Кудинов:

– В последнее время в связи с развитием лазерных технологий, возможностью получения сверхвысоких температур и давлений, а также ввиду необходимости проведения различных физических процессов в экстремальных условиях возник интерес к изучению локально-неравновесных процессов. Интерес к таким процессам обусловлен широкими возможностями их практического применения для создания новых технологий получения наноматериалов и покрытий с уникальными физико-химическими свойствами, таких как бинарные и многокомпонентные металлические сплавы, керамика, полимерные материалы, металлические и полупроводниковые стекла, нанопленки, графен, композитные наноматериалы и др.

Однако для описания процессов, протекающих в локально-неравновесных условиях, классическая термодинамика не может быть использована, так как она основана на принципе локального равновесия (справедливого для относительно медленных процессов в гомогенных системах) и на гипотезе сплошной среды. Поэтому наш проект имеет высокий уровень значимости как для фундаментальной науки, так и для практических приложений.

Для выполнения поставленных задач мы планируем создать новый не имеющий аналогов программный комплекс, предназначенный для 3D-моделирования высокоскоростных процессов переноса тепла, массы и импульса. Будут также разработаны методы получения приближенных, точных аналитических и численных решений соответствующих краевых задач, затем последует детальное исследование этих решений.

Помимо этого, важной составляющей проекта станут экспериментальные исследования локально-неравновесных процессов в лабораториях Ракетно-космического центра «Прогресс» – мы сможем определить феноменологические коэффициенты релаксации, необходимые для учета особенностей протекания высокоскоростных процессов переноса на мезо- и нанопространственных масштабах и позволяющие приблизить математические модели к реальным физическим процессам.