Error processing SSI file

Динамика разреженных газов

Исследования по газовой динамике, осуществлявшиеся под руководством П.Е. Суетина, были обусловлены потребностями научного обоснования процессов диффузионного разделения изотопов. По ходу работы решались проблемы, имеющие фундаментальную общенаучную значимость. Экспериментальные исследования начались с начала 60-х годов измерениями коэффициентов взаимной диффузии различными методами: оптическим (Б.А. Ивакин), масс-спектрометрическим (Б.А. Калинин, А.Э Лойко), ядерно-магнитного резонанса (П.Г. Зыков, А.С. Распопин). Благодаря теоретическому анализу применяемых методов и совершенствованию техники измерений удалось довести относительную ошибку измерения до 0,5%. Это позволило развить методы восстановления параметров взаимодействия молекул разных компонентов по экспериментальной зависимости коэффициентов взаимной диффузии от температуры.

Взаимную диффузию газов сопровождают перекрестные явления - диффузионные баро- и термоэффекты. Измерение этих эффектов на инертных газах провели П.В. Волобуев и Г.П. Титов.

Параллельно началась работа по исследованию течения однокомпонентных газов под действием перепада давления в каналах регулярной формы в широком диапазоне чисел Кнудсена (Б.Т. Породнов).

Проведение работ, связанных с измерением малых перепадов давления, потребовало развития соответствующих прецизионных экспериментальных методик (П.Е. Суетин, П.В. Волобуев, Б.Т. Породнов, Б.А. Калинин, С.Ф. Борисов, Б.А. Ивакин, А.Г. Флягин, И.А. Королев). Результаты работы удостоены медалей ВДНХ. Благодаря разработанному на кафедре микроманометру давления удалось существенно повысить точность измерений малых потоков газа. Это, с одной стороны, позволило получить надежные опытные данные по расходам газов, необходимые для апробации методов решения уравнения Больцмана с граничными условиями для функций распределения, а, с другой стороны, показало, что приведенные потоки различных газов могут существенно (до 40%) отличаться друг от друга из-за неполной аккомодации молекул газа на твердой поверхности каналов.

Эти два фактора стали основой дальнейшего развития научного направления. Потребность в интерпретации влияния аккомодации на газовые потоки вызвала серию экспериментальных работ по изучению адсорбции газов на поверхности твердых тел (Г.М. Ярышев, Б.А. Калинин, В.Н. Фонов).

На этом этапе, обобщив экспериментальные и теоретические работы по диффузии и течению газов в каналах, П.Е. Суетин защищает докторскую диссертацию (1971 г.).

Исследования течения газов произвольной разреженности под действием градиента давления, выполненные Б.Т. Породновым в аспирантуре, послужили основой последующей серии теоретических и экспериментальных работ по изучению изотермического и неизотермического движения газов в регулярных капиллярах (С.Ф. Борисов), проводимости каналов при течении различных газов и коэффициентов аккомодации при низких температурах вплоть до температуры жидкого азота (В.Д. Акиньшин), влияния температуры и шероховатости поверхности на газодинамическую проводимость капилляров (А.Г. Флягин), в том числе для газовых смесей в капилляре при их истечении в вакуум (А.А. Тарин), термокрипа и термомолекулярной разности давлений (А.Н. Кулев), диффузионного бароэффекта (В.Д. Селезнев, В.М. Малахин). Для описания наблюдаемых закономерностей потребовалась разработка математически строго обоснованных методов решения основного кинетического уравнения - уравнения Больцмана как в предельных вязком и близком к нему (С.Г. Скакун) и свободномолекулярном (И.Г. Неудачин) режимах, так и в произвольном режиме с применением различных статистических моделей больцмановского оператора межмолекулярных столкновений с учетом характера взаимодействия газа с поверхностью (В.Г. Черняк), с использованием численного метода статистических испытаний - метода Монте-Карло в промежуточном режиме (Л.М. Нусинзон), влияния поверхности на неизотермическое течение газов с учетом ядер рассеяния (Ю.И. Маркелов). Основная часть результатов этой серии работ была обобщена Б.Т. Породновым в докторской диссертации (1980 г.).

Сравнение опытных данных с теоретическими исследованиями позволили накопить большой массив сведений о коэффициентах аккомодации тангенциального импульса, об их зависимости от рода газа, материала и обработки поверхности, температуры. С целью интерпретации этих зависимостей на основе неравновесно статистических представлений была разработана физическая модель взаимодействия газового потока с колебаниями атомов поверхности (Н.Ф. Балахонов, В.И. Токманцев, В.Д. Селезнев, И.П. Александрычев).

Качественно новый подход к анализу явлений переноса был основан на использовании методов неравновесной термодинамики при учете неадиабатичности стенок канала (В.Д. Селезнев). Подход позволил выявить ряд не установленных ранее кинетических эффектов, таких как газовый аналог эффекта Пельтье и акустическая разность давлений (В.Д. Селезнев, С.П. Образ, О.Е. Александров, А.А. Елфимов, А.Г. Флягин). Рассмотренный по аналогии учет неадиабатичности биомембран позволил раскрыть механизм активного переноса через них ионов (А.В. Мелких). Этот цикл работ был обобщен В.Д. Селезневым в докторской диссертации (1989 г.).

Практические потребности развития новых технологий привели к проведению цикла прикладных исследований по газовой динамике. Больших трудов и материальных затрат стоило создание экспериментального комплекса по исследованию молекулярных пучков, начатое в 1982 году под руководством Б.Т. Породнова совместно с кафедрой экспериментальной физики по Постановлению Совмина СССР, с целью изучения возможностей перезарядки высокоэнергетических ионных потоков на газовых мишенях. Исследовались экспериментальные закономерности формирования молекулярных пучков заданной интенсивности и направленности при их истечении в вакуум через одиночные каналы различной длины и капиллярные сита (С.Т. Барашкин), пространственное распределение плотностей, давлений и температур в пучках (С.Н. Сыромятников), в газовых мишенях (М.Ш. Гадельшин) и теоретическое обоснование и предсказание их оптимальных вариантов (В.А. Поддубный).

Необходимость контроля параметров пор и кинетики их «залечивания» в капиллярных ядерных мембранах (ОИЯИ, г. Дубна) обусловила комплекс соответствующих исследований по их газовой проницаемости (В.Д. Селезнев, В.В. Овчинников, В.В. Сургучев).

В последние годы осуществляются работы, направленные на оптимизацию центробежного разделения изотопов. Разрабатываются математические модели переноса и процессов разделения в центробежных устройствах (Б.Т. Породнов, В.Д. Селезнев, В.И. Токманцев, А.Г. Иванов, О.Е. Александров).

Проводятся исследования по теории каскадов, разрабатываются методы оптимизации технологических схем и режимов работы центробежного оборудования, создаются модели прогнозирования работоспособности центрифуг (В.А. Палкин, С.В. Ненашев, А.Е. Розенбаум). Эти работы обобщены В.А. Палкиным на основе полученных им ранее результатов в научных подразделениях УЭХК и АЭХК в его докторской диссертации (1996 г.).

По результатам газодинамических исследований на кафедре защищено 33 кандидатские диссертации; П.Е. Суетин, С.Ф. Борисов, Б.Т. Породнов, В.А. Палкин, В.Д. Селезнев, В.Т. Черняк удостоены степени доктора наук.

Комплекс исследований, проводимых на кафедре по явлениям переноса в разреженных газах, позволил выявить новые кинетические эффекты и закономерности, установить значения ряда параметров, определяющих движение газов и их смесей в каналах. О признании этих результатов свидетельствует проведение на базе кафедр молекулярной физики УГТУ-УПИ и УРГУ IX Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов. Материалы исследований представлены в монографиях:

Error processing SSI file