Рис. 2.1. Видеосъемка течения пленки 25% раствора этилового спирта в воде по нагревателю.
Re=2, q=4,6 вт/см2, λ - расстояние между гребнями
стоячей волны.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
| [ В оглавление.] | [Далее.] |
Энергетика
В области фундаментальных проблем физики тепловых процессов в Институте теплофизики им. С.С.Кутателадзе впервые экспериментально обнаружено явление "горизон-тальной стоячей волны" при локальном нагреве гравитационно стекающей, переохлажденной относительно температуры насыщения пленки жидкости, на основе которого предложен новый метод интенсификации теплообмена при испарении стекающих пленок жидкости с использованием поверхностей с неравномерным распределением плотности теплового потока. На рис. 2.1 показаны результаты видеосъемки (20-кратное увеличение) движения тонкой пленки раствора этилового спирта в воде. В месте повышенного градиента температуры возникает вал жидкости, который, как правило, неустойчив в продольном направлении, а ниже горизонтальной волны течение разделяется на струи и тонкую пленку между ними. В случае с перфтортриэтиламином горизонтальная стоячая волна существовала при интенсивном испарении жидкости в среду с инертным газом. Как показали прямые измерения температуры границы раздела, причиной появления горизонтальной стоячей волны является интенсивная термокапиллярная конвекция навстречу основному потоку жидкости.
Рис. 2.1. Видеосъемка течения пленки 25% раствора этилового спирта в воде по нагревателю.
Re=2, q=4,6 вт/см2, λ - расстояние между гребнями
стоячей волны.
Современные высокоинтенсивные компактные теплообменные устройства отличаются малыми размерами каналов. Теория таких теплообменников строилась ранее только для однофазных потоков. В Институте теплофизики им. С.С.Кутателадзе на основе моделей капиллярной гидродинамики двухфазных течений построена и экспериментально обоснована теория расслоенного двухфазного течения в прямоугольном канале малого размера, позволяющая оптимизировать тепло- и массообмен в компактных двухфазных теплообменниках. Экспериментально показано, что определяющими режимами течения являются расслоенное течение с неравномерно распределенной по стенкам канала пленкой жидкости и ячеистое течение с газовым ядром, разделенным перемычками жидкости. Впервые построена модель расслоенного опускного течения, основанная на выделении двух областей течения: течения в углах канала и тонкой пленки на его стенках. Сращивание решений позволило создать эффективный метод расчета двухфазных течений в каналах пластинчато-ребристых испарителей-конденсаторов. Пример такого расчета в сравнении с экспериментальными данными показан на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Форма межфазной поверхности при
опускном течении в прямоугольном канале. Точки - эксперимент, линия - численный расчет.
В том же Институте впервые экспериментально зарегистрирована стратификация объемного тлеющего разряда низкого давления в среде ряда молекулярных газов. Рис. 2.3 иллюстрирует результаты экспериментов, проведенных в среде ряда молекулярных газов при давлении 5-50 Па. Одним электродом являются стенки цилиндрической камеры, другим - неизолированный конец кабеля, помещенный в центре камеры. При подаче положительного постоянного напряжения (400-600 В) на центральный электрод вокруг него наблюдается ряд вложенных друг в друга светящихся областей, форма которых близка к сферической. Количество страт, их цвет и размер определяются давлением, составом газа, величиной тока и временем горения разряда. Обнаруженное физическое явление может быть отнесено к процессам самоорганизации в нелинейных открытых системах. Предполагается использование нового типа разряда в плазмохимических технологиях и плазменных источниках света.
Рис. 2.3.Фотография разряда в высокомолекулярном газе.
В Институте систем энергетики им. Л.А.Мелентьева разработаны основные положения теории гетерогенных гидравлических цепей, в рамках которой обоснована эффективность описания потокораспределения в гетерогенных цепях на основе экстремальных термодинамических моделей.
В плане решения актуальной проблемы обеспечения качества электрической энергии, связанного с высшими гармоническими составляющими (гармониками) в узлах электрических сетей напряжением 110 кВ и выше, в Институте построены эффективные методы анализа высших гармоник напряжения и повышения качества электроэнергии в сетях высокого напряжения. В том числе разработан метод нормализации режима высших гармоник для сетей с протяженными ЛЭП, заключающийся в увеличении активного поглощения в нескольких узлах электрической сети с повышенными уровнями напряжений высших гармоник. Увеличение в одном узле активного поглощения на 2-4 МВА позволяет нормализовать уровни напряжений высших гармоник в радиусе от 200 до 1000 км в зависимости от схемы сети и распределения нагрузок. На рис. 2.4 показаны зависимости изменения напряжения от расстояния для режимов без поглощения и с поглощением.
Рис. 2.4. Уменьшение уровня 5-й гармоники в протяженной двухцепной ЛЭП 220 кВ за счет увеличения активного поглощения в трех узлах (300, 700 и 1300 км) на 2 МВа(U5, D5 - режимы без поглощения, U5-f, D5-f - режимы с поглощением).
В том же институте выполнены исследования комплексных сценариев развития ТЭК Сибири на период до 2010 г. Дан анализ глубины и причин кризиса производства в отраслях ТЭК региона, главная из которых - спад инвестиционной активности. Выделены комплексные проблемы ТЭК Сибири и Дальнего Востока в свете формирования восточной энергетической политики: принятие общей приоритетной стратегии, создание общего рынка топлив и электроэнергии с учетом их экспорта на восток и запад, освоение новых ресурсов нефти и газа, строительство магистральных нефте- и газопроводов и т.п. Выделены основные приоритеты региональной энергетической стратегии, к главным из которых отнесены:
Информатика
В Отделении продолжены работы по созданию и поддержке информационно-телекоммуникационной среды СО РАН. С 1997 г. в ННЦ СО РАН выход из сети Академгородка в глобальный Интернет обеспечивается через
2 канала (спутниковый канал Новосибирск-Гамбург и FrameRelay-ная линия Академгородок-Новосибирск для выхода на Москву). На базе телефонной станции CORAL организован доступ к сети по телефонным каналам (Dial-Up) для индивидуальных пользователей. Организован взаимный пропуск трафика внутри г.Новосибирска между сетями
ННЦ, НГУ и RELCOM’ом. Поддерживается
информационный WWW-сервер СО РАН
(http://www-sbras.nsc.ru/).
Создана база данных по
интеллектуальному потенциалу СО РАН
как составная часть информационной системы
"Интеллектуальный потенциал Сибири",
состоящей из двух связанных между собой баз данных: по научно-исследовательским учреждениям и по персонам.
В Красноярском научном центре для повышения надежности и скорости работы информационно-вычислительной сети создан проект реструктуризации локальной сети, находящейся в здании ИВМ СО РАН. В рамках этого проекта введен первый фрагмент Fast Ethernet со скоростью 100 Мв/с для работы с сервером ГИС-приложений. В Иркутском научном центре СО РАН реализована вторая очередь проекта интегрированной информационно-вычислительной сети (ИИВС), в том числе скорость передачи информации для ряда центров сети увеличена до 150 Мв/с, сдан в эксплуатацию среднескоростной цифровой канал связи, соединивший ИИВС с Интернет (128 кв/с)
В области геоинформатики в Новосибирском ГИС-центре завершается подготовка цифровых карт масштаба 1:1000000 на территорию Сибири для хранения в базе цифровых картографических и аэрокосмических данных. Совместно с ИГ СО РАН, ИЗК СО РАН, ИСЗФ СО РАН и ИКИ РАН выполнен цикл работ по созданию методик оперативного контроля, мониторинга и обновления цифровой геологической информации о местности и методик представления многомерных пространственно определенных данных в задачах наук о Земле. В частности, построена трехмерная модель акватории озера Байкал и прибрежной зоны, разработаны технологии совмещения разнородных геологических и географических данных на примере трехмерной поверхности теплового поля Байкала, разработана технология мониторинга лесных пожаров (совместно с пунктом приема спутниковой информации Росгидромета). Осуществлена поддержка ряда научно-исследовательских работ институтов СО РАН (расшифровка высокоразрешающей записи изменений растительности и климата окрестностей озера Байкал, обобщение в распределенные базы данных палеоботанических и геологических ранее собранных материалов и т.п.). Результат комплексного исследования территории методами ГИС-технологий и дистанционного зондирования показан на рис. 2.5 на примере верхней зоны Новосибирского Академгородка. Основные результаты ГИС-центра представлены на WWW-сервере http://cgit.uiggm.nsc.ru.
Рис. 2.5. Схема направления водных потоков по земной поверхности и трехмерная модель рельефа,
драпированная космоснимком.
В Томском и Иркутском ГИС-центрах завершена работа по адаптации (конвертации) цифровых карт формата F1M масштаба 1:1000000 для территорий региона. В Красноярском ГИС-центре разработана оригинальная модель представления знаний для построения экспертных геоинформационных систем, ориентированная на решение задач организационного управления. Модель относится к фреймово-продукционному типу
и реализована с использованием объектно-ориентированного подхода. Инструментальная система использована для построения экспертной геоинформационной системы по ликвидации аварий на химически опасных объектах на территории Красноярского края. В области создания аппаратных средств осуществлена разработка и изготовление аппаратуры для приема цифровой информации с космического аппарата "Ресурс-О1".
В Байкальском институте природопользования разработана методика создания карт оценки антропогенной динамики ландшафтов при картографическом мониторинге.
В Кемеровском НЦ СО РАН на электронные карты Кемеровской области (масштаб 1:500000) нанесены информационные слои, связанные с деятельностью угледобывающей промышленности.
В Институте водных и экологических проблем созданы базы данных и программы их поддержки для хранения и обработки показателей лесных и водных ресурсов бассейна реки Обь на территории Алтайского края.
В Институте вычислительной математики и математической геофизики создана демонстрационная версия системы поддержки анализа географических ресурсов. В настоящее время доступны различные растровые и векторные данные ряда регионов Сибири и Новосибирской области, полученные со спутника "Ресурс-О1" (http://www-gis.sscc.ru/webgrass).
В КТИ вычислительной техники разработаны средства ортотрансформирования аэрокосмических снимков для создания и обновления навигационных цифровых карт местности.
В Отделении активно применяются методы математического моделирования для решения задач в различных предметных областях знаний. В Институте вычислительной математики и математической геофизики с помощью численного моделирования изучено поведение зон потенциального трещинообразования (ди-латансии) в земной коре (упругое полупространство со свободной от напряжения дневной поверхностью) в случае действия на глубине источника тектонических напряжений. Обнаружен эффект образования приповерхностной зоны дилатансии, проявляющийся на больших расстояниях (до 200-300 км вдоль поверхности) от источника, и установлена высокая степень неустойчивости положения этой зоны в зависимости от величины силы, ее ориентации и глубины. В случае дипольных (многоэлементных) источников формы дилатансных зон в плане могут быть весьма сложными.
На рис. 2.6 в логарифмическом масштабе изображены линии уровня функции дилатансии для простейшего случая одного источника при отсутствии в коре неоднородностей, анизотропии и пористости. Жирной линией выделена граница зоны дилатансии, отвечающая нулевому уровню, цифрой I отмечена зона положительных, а II - отрицательных значений этих уровней.
Рис. 2.6. Формы "очаговой" и "поверхностной" зон дилатансии в сечении y=0.
В том же институте проработана технология трансформирования космического фотоснимка к соответствующей карте местности с использованием программной системы, которая включает построение двух массивов опорных точек на фотоснимке и карте и собственно трансформацию изображения. После трансформации космоснимка устанавливается естественное однозначное соответствие пикселей снимка и растрового изображения карты. Трудность совмещения одиночного аэро- или космоснимка местности и соответствующей карты заключается в обилии различных проекций исполнения карт и отсутствии, при различного рода искажениях снимка, достаточно полной и точной информации о параметрах съемки. В отличие от известных решений, представленная технология опирается на экономичные алгоритмы и использует доступные для массового пользователя аппаратные средства. На рис. 2.7 показан космоснимок района озер Чанской системы в Новосибирской области, выполненный искусственным спутником земли "Ресурс-О1". Совместное представление трансформированного космоснимка и контуров озер, выделенных с карты, дает визуальную оценку качества трансформации.
Рис. 2.7. Карта озер Чанской системы и трансформированный космоснимок.
В Институте вычислительных технологий создана трехмерная численная модель взаимодействия лазерного импульса произвольной поляризации с тонкой фольгой, основанная на кинетическом приближении для ионной и электронной компонент плазмы. На ее основе разработан программный пакет, реализованный на ЭВМ параллельной архитектуры. Расчеты позволили обнаружить генерацию квазистатических магнитных полей в тонкой фольге и возможность неограниченного ускорения частиц при специально подобранном профиле плотности плазмы (рис. 2.8).
Рис.2.8. Временная динамика взаимодействия электромагнитного импульса круговой поляризации с тонкой фольгой:a, b - плотность энергии импульса в пространстве W(x, y) и на оси системы W(x) соответственно; с - плотность ионов
фольги ni(x, y). x, y - пространственные координаты, отнесенные к длине волны лазерного импульса.
В Институте вычислительного моделирования создан энергетический метод решения задач теплопроводности и диффузии примеси в движущихся средах. Обоснован принцип минимума функционала энергии. Квадратичная часть функционала равна скорости производства энтропии. Получены формулировки краевых задач с симметричными положительно определенными операторами, по спектру эквивалентными оператору Лапласа. Для смешанных краевых задач созданы встречные вариационные методы, дающие решения с гарантированной точностью. На рис. 2.9 показан пример решения модельной задачи о вращении теплопроводной жидкости внутри теплоизолированного квадрата. Точечные нагреватель и охладитель расположены на оси X и отмечены знаками "плюс", "минус".
В Институте теоретической и прикладной механики проведено численное моделирование ламинарного отрыва гиперзвукового теплового потока на вогнутых телах, что является важной задачей при разработке тепловой защиты гиперзвуковых летательных аппаратов. Отрывные течения изучались с применением нестационарных уравнений Навье-Стокса и уравнения Больцмана. Получены хорошие совпадения результатов по таким параметрам как длина отрывной зоны, распределения давления и тепловых потоков (рис. 2.10) вдоль поверхности тела, профиля плотности и температуры в различных поперечных сечениях.
В Институте систем информатики выполнен комплекс работ по исследованию теоретико-графовых моделей, методов и инструментальных средств, позволяющих в рамках трансформационного подхода конструировать эффективные и надежные программы для ЭВМ параллельных архитектур. Разработаны
компоненты инструментальной системы ПРОГРЕСС, поддерживающие трансляцию, анализ, визуализацию и преобразование разных классов программ. Создана информационно-поисковая система по преобразованиям программ ТРАНСФОРМ, ориентированная на работу в среде Интернет. На рис. 2.11 демонстрируется окно диалога при работе компоненты визуальной обработки иерархических графовых моделей (в окне справа пример обработки базисных нумераций).
Рис. 2.11. Окно диалога инструментальной системы
ПРОГРЕСС.
В том же институте разработана новая программная технология активных объектов для создания интеллектуальных многоагентных систем, которая базируется на интеграции методов искусственного интеллекта и
параллельного объектно-ориентированного программирования. Технология может быть применена при управлении производством, планировании сценариев спасательных и других операций, в системах автоматизированного проектирования.
Источник в центре на глубине h=15 км. Сила
Два варианта направления силы: α=-30o (а), α
=+30o (б).
Рис.2.9 . Распределение концентрации диффундирующей примеси во вращающейся жидкости.
Рис. 2.10. Численное моделирование ламинарного отрыва гиперзвукового потока на вогнутых телах.а - результаты расчета поля давления на основе уравнений Навье-Стокса. Число Маха М=10, число Рейнольдса Re=3x104; б - сравнение расчетных (ИТПМ
СО РАН) и экспериментальных (ОНЕРА, Франция) распределений тепловых потоков вдоль поверхности модели. Exp. - экспериментальные данные, NS - расчет на основе уравнений Навье-Стокса, DSMC - расчет методом
прямого статистического моделирования.
![[SBRAS]](http://www-sbras.nsc.ru/gif/s_sigma.gif)
Go to Home Site |
[
В оглавление.] [Далее.] |