ИЗ КОЛЬЦА СЕМИНАРОВ
В.Фомин,
член-корреспондент РАН,
А.Федоров, доктор физико-
математических наук.
Всероссийский семинар "Динамика многофазных сред"
В Институте теоретической и прикладной механики СО РАН при
поддержке РФФИ был проведен XI семинар "Динамика многофазных
сред", посвященный проблемам физико-математического моделирования
гетерогенных реагирующих и нереагирующих сред. У истоков этого
семинара стоял академик Н.Яненко, который при своей жизни основал
кольцо из семи научных семинаров. Под руководством
члена-корреспондента В.Фомина проводятся два из них. Летом
прошлого года была проведена, в частности, конференция по решению
задач "упругости и пластичности". Семинар "Динамика многофазных
сред" работает уже более 30-ти лет. Если близкие по тематике
научные мероприятия, проводимые в России, посвящаются, как
правило, какому-то достаточно узкому направлению, то данное
мероприятие, фактически, единственное в России (ранее в СССР),
объединяющее широкий спектр актуальных проблем механики
гетерогенных сред, возникающих при решении практических задач в
различных отраслях промышленности (добывающей, химической,
стройиндустрии, авиа- и космической техники и др.). Первоначально
в центре внимания были различные аспекты применения
"классических" численных методов, таких, как, например, методы
конечных разностей, конечных и граничных элементов, их
многочисленных модификаций применительно к вышеуказанным
областям. Со временем все более актуальными становились проблемы
построения новых моделей механики гетерогенных сред применительно
к пористым неупругим телам, наполненным жидкостями и газами,
изучению химических реакций и фазовых переходов между
компонентами в газовзвесях, распространения детонационных волн и
волн горения как в пористых телах, так и во взвесях частиц и
капель различных углеводородных топлив. В этой связи в 1999 году
оргкомитетом было принято решение расширить спектр проблем,
рассмотрев в том числе вопросы, связанные с созданием новых
технологий сушки пористых и капиллярно-пористых тел, кинетические
механизмы горения углеводородных топлив в капиллярах и порах
вещества и исследования эффектов, связанных с этими физическими
процессами. В связи с увеличившимся количеством техногенных
катастроф, значительный интерес уделяется и вопросам
взрыво-пожаробезопасности производств, основанных на
использовании реагирующих аэрозолей.
Анализируя представленные на конференции доклады, можно выделить
наиболее актуальные, с точки зрения мировой науки, проблемы.
Расчет и моделирование волновых процессов в средах различной
структуры: насыщенные пористые среды, слои пористой
порошкообразной структуры, горные породы и т.п. Здесь
представлены решения ряда задач, связанных с распространением
ударных волн и волн разрежения и сжатия в телах различных
геометрических форм, которые могут иметь включения типа пустот
или включений несомой фазы из других материалов. Основной
особенностью поведения скорости распространения возмущений по
таким телам является ее зависимость от компонент составляющих
смесь конденсированных веществ. В частности, при наличии в
исследуемых средах дефектов типа трещин или сферических полостей
(пор) прохождение волн сжатия вызывает уменьшение размеров
дефектов вплоть до их закрытия (исчезновения), а интенсивное
сжатие материала вблизи жестких поверхностей приводит к
значительному локальному компактированию материала. Численное
моделирование таких процессов позволяет не только проверять
существующие модели поведения материала, но и на основе численных
расчетов уточнять или создавать новые модели среды, предсказывать
поведение пористых пластов при воздействии на него взрывных
нагрузок. В этом направлении можно отметить также актуальные, с
точки зрения мировой науки, проблемы численного моделирования
взаимодействия ударных волн в неоднородных средах, моделируемых
на кинетическом уровне несколькими взаимодействующими шарами или
порами. В частности и на этом микроуровне отмечен эффект
образования слоев повышенной концентрации тяжелого компонента
смеси вблизи от жестких границ пласта, описанный ранее в рамках
феноменологического приближения.
Значительное внимание было проявлено к проблемам акустической
сушки материалов. Действительно, интересные особенности
обнаружились в поведении влаги в пористых телах (древесине, зерне
и др.) при облучении их звуком высокой частоты. Оказалось, что в
таких капиллярно-пористых телах усиливаются процессы экстракции
влаги. В тоже время этот метод акустической сушки выгодно
отличается от традиционных методов тем, что структура вещества
остается неизменной в силу того, что температура вещества
остается на уровне комнатной. В ряде докладов с определенной
полнотой были рассмотрены эти процессы с помощью современных
методов диагностики (ЯМР), а также новые подходы к квантизации
пустого пространства в моделях пористых тел, основанные на методе
многогранников Вороного, применительно к процессу сушки. Данный
математический аппарат для описания пористого пространства
материалов, проницаемости пористых тел интенсивно развивается так
же и за рубежом. В связи с особенностями поведения влаги в
процессе акустической сушки важное значение имеют исследования по
обобщению широко известных математических моделей фильтрации
многофазной несжимаемой жидкости, традиционно рассматриваемых на
семинаре, конечно-разностных и конечно-элементных численных
методов на случаи наличия акустического поля. Значительный
интерес вызвало направление исследований, связанное с изучением
влияния колебаний на движение двухкомпонентной жидкости в
пористой среде. Это направление имеет значительную практическую
важность с точки зрения оптимизации процессов нефтегазодобычи.
Дальнейшее развитие получили традиционные методы численного
решения краевых и начально-краевых нелинейных задач теории
горения и детонации смесей газов и реагирующих твердых частиц в
каналах, капиллярах и пористых средах. В частности, значительный
интерес вызвали сообщения по проблемам воспламенения и горения
газовзвесей за ударными волнами. В рамках модели механики
гетерогенной реагирующей среды обсуждалась неидеальная детонация
газовзвеси алюминиевых частиц в кислороде, воспламенение
магниевой газовзвеси в проходящих ударных волнах, недосжатая
детонация в двухслойной системе газ-частицы ВВ. Для решения этих
проблем использовались современные высокоточные расчетные методы,
обладающие высокой разрешающей способностью. Получены критерии
взрыво-пожаробезопасности с одной стороны, критерии инициирования
детонации с другой. Развитие неклассических вариантов теории
детонации, так называемой вакуумной детонации идет как по пути
теоретических, так и экспериментальных исследований. Подобный тип
детонационных течений возникает при пониженных давлениях газовой
фазы (меньше 0.1 мм рт. ст.) в газовзвеси гексогена, октагена или
тротила и характеризуется непрерывным фронтом повышения давления
и низкими скоростями его распространения. Эти обстоятельства
приводят к необходимости решения новых краевых задач на
собственные значения, в плане теоретическом и привлечения
дополнительно к традиционным, высокочувствительных методов
измерения электропроводности продуктов детонации. В результате
проведенных экспериментальных исследований было подтверждено
существование на большой длине самоподдерживающегося
детонационного процесса в вакуумированной взвеси ВВ при низкой
среднеобъемной плотности. Большое внимание на конференции было
уделено проблемам неустойчивости структуры жидкостей в силовых
полях произвольной интенсивности.
Цикл сообщений был связан с физико-математическим моделированием
и анализом процессов горения и детонации газов в пористых
материалах и капиллярах, получением колебательных режимов горения
пленки жидкого топлива на термически тонких подложках.
Представленные на конференции доклады содержат результаты
исследований, выполненных на мировом уровне, а зачастую и
превосходящем его. В работе конференции приняли участие более 40
докторов и кандидатов наук, молодые ученые и аспиранты. Молодые
участники вселяют уверенность в преемственности традиций нашего
семинара.
стр.
|
