Специализация кафедры 01.04.14 – Теплофизика и молекулярная физика.
Проблемы интенсивного развития науки и новых технологий тесно связаны с подготовкой специалистов высокого уровня, владеющих современными методами обработки информационно-технологической документации. Наряду с фундаментальными исследованиями важным является быстрое и оперативное внедрение научных результатов для разработки наукоемких технологий. Среди важных научно-технологических направлений есть такие, как фундаментальные и прикладные проблемы теплофизики дисперсных систем и физики плазмы продуктов горения, изучения физико-химических свойств аэрозолей, создание новых устройств и технологий для народного хозяйства. Это определяет необходимость и актуальность подготовки специалистов по специализации „Теплофизика дисперсных систем и физики плазмы с конденсированной фазой”. Специалисты этого направления владеют методологией и методами изучения физических явлений в дисперсных средах при высоких и низких температурах. Широкое направление специалистов данного профиля обеспечивается изучением комплекса научных дисциплин по межфазному взаимодействию в низкотемпературных аэродисперсных системах и горючих высокотемпературных средах в процессе их воспламенения, горения и образования плазмы продуктов сгорания.
Выпускники кафедры имеют широкий спектр участия в различных областях научной, производственной и педагогической деятельности. В частности, многие специализировались в таких областях науки как теплофизика (тепломассообмен, химическая кинетика, физика горения и взрыва), метеорологии (мониторинг, активные воздействия на облака, туманы), в аэробиологии, физике низкотемпературной плазмы с конденсированными продуктами сгорания, производстве материалов в дисперсном виде и т.д. Выпускники кафедры могут работать в сфере теплоэнергетики, на тепловых и атомных электростанциях, на производствах министерства обороны, в лабораториях пожарной безопасности, в организациях связанных с космическими программами, в том числе в разнообразных организациях, которые так или иначе связаны с теплоэнергетикой, горением, фазовым переходами веществ, с измерениями теплофизических свойств веществ.
изучение механико-химических и электрических процессов в аэрозольных системах, поиски новых способов их получения, стабилизации и разрушения;
разработка моделей горения топлив в дисперсном виде, определение оптимальных условий их сгорания и ингибирования.
В результате фундаментальных научных исследований на кафедре теплофизики установлено и показано:
Возможность управления характеристиками и свойствами плазмы продуктов сгорания путем регуляции термодинамического состава и эффективного введения легкоионизирующей примеси.
Сформулированы понятия об обобщенном потенциале плазмы, сдвиге ионизационного равновесия в объемно заряженной плазме, параметре неравновесности и механизмах дальнодействии заряженных частиц,
Установлены закономерности осаждения аэрозольных частиц в гравитационном фильтре и определение влияние концентрационных и тепловых полей на процесс разделения зарядов при дроблении жидкости.
Показана возможность управления электрофизическими свойствами гетерогенных систем с высокодисперсными частицами путем влияния температурных и электромагнитных полей;
Установлены условия формирования вихревого течения при управляемой транспортировке дисперсных систем.
Определены условия и методики создания стабильных неводных дисперсных систем с развитой поверхностью в закономерностях переноса импульса и энергии.
В результате прикладных исследований были разработаны и созданы
Теория и физико-математические модели высокотемпературного тепломассообмена и кинетика химических реакций на поверхности твердых тел (углерод, металлы) в газовой среде с учетом фазовых переходов, стефановского течения на их поверхности, внутренней диффузии в порах и теплообмена излучением к стенкам реакционного устройства. Результаты являются важным взносом в теорию высокотемпературных процессов в дисперсных системах.
Метод диагностики устойчивых высокотемпературных и гистерезисных режимов тепломассообмена и кинетики химических и гетерогенно каталитических превращений на поверхности одиночных частиц и в условиях газовзвеси, который может использоваться в теплоэнергетике, теплотехнике, приборостроении и химической r промышленности.
Метод определения интервалов режимных критических параметров дисперсных систем, в которых наблюдаются их устойчивые высокотемпературные состояния.
Метод получения микрочастиц с заданными размерами и физико-химическими свойствами.
Программное обеспечение для системы термостабилизации оптических датчиков, которые используются на космических аппаратах.
Цифровой метод определения температуры быстро протекающих процессов на поверхности твердых тел и пламен.
Модель формирования двойного электрического слоя на неравновесной поверхности жидкости.
Устройство лазерного доплеровского анемометра для экспериментального исследования движения частиц и параметров одно- и многофазных потоков и анизотропных сред. Стенд может быть использован для исследований подвижности молекул, жидких кристаллов.
Модель межфазного взаимодействия в низкотемпературной плазме с субмикронными частицами окислов металлов с учетом поверхностных процессов ионизации атомов и рекомбинации ионов. Проведен расчет зарядов частиц окислов металлов с помощью предложенной модели в зависимости от их дисперсного и химического состава, что необходимо для получения качественной поверхности при плазменном напылении. Модель может быть внедрена для повышения эффективности технологии плазменного напыления твердых поверхностей путем управления процессами нуклеации и заряжения частиц окислов металлов в плазменном потоке;
Полученные результаты используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специализации “Теплофизика” с углубленным изучением теплофизики дисперсных систем и физики плазмы с конденсированной дисперсной фазой.
В лаборатории “Физики аэродисперсных систем” ведутся исследования
по получению аэрозолей из растворов электролитов в условиях неравновесной деформации жидкости;
по транспортированию дисперсных систем вихревыми кольцами в условиях свободной атмосферы;
по действию высокодисперсных заряженных аэрозолей на дымы, полученные при сгорании различных материалов;
по движению и параметрам одно–многофазных потоков в различных условиях методами лазерной доплеровской анемометрии;
по движению и осаждению аэрозолей из неоднородных по температуре и концентрации парогазовых потоков.
Лаборатория “Физики высокотемпературных аэрозолей” сосредоточила внимание на
исследовании роли и взаимовлияния различных механизмов тепломассопереноса и кинетических факторов в процессах химического и фазового изменения одиночных частиц углерода и системы частиц;
исследовании динамики тепломассообмена при фазовых переходах “твердая фаза – жидкость – пар” в процессах лазерной обработки металлов;
исследовании взаимодействия в атмосфере кластерно-ионной среды с различными металлами с высокими температурами кипения;
исследовании равновесных и кинетических процессов в неупорядоченных гетерогенных жидкостных ионизованных системах методами статистического моделирования.
С момента создания кафедры преподаватели, сотрудники и студенты постоянно плодотворно занимаются научно исследовательской работой. Базой для научной работы являются научно-исследовательские лаборатории ПНИЛ ФАС и НИЛ-5. Результаты их научных исследований отображены в статьях в приоритетных журналах.
Kalinchak V.V., Orlovskaya S.G., Gryzunova T. V., Kopyt N.N. High-temperature Oxidation of Metals with Allowance for Radiative Heat Transfer // Combustion, Explosion and Shock Waves, Vol. 38, No.2, pp. 163-168, 200 2.
Орловская С.Г., Калинчак В.В., Грызунова Т.В., Каримова Ф.Ф. Влияние испарения оксидной пленки на высокотемпературное окисление вольфрамовой частицы в воздухе с различным содержанием кислорода // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 69-76.
Калинчак В.В., Орловская С.Г., Гулеватая О.Н. Высокотемпературный тепломассообмен и самопроизвольное потухание пористой углеродной частицы в воздухе // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 138-147.
Семенов К.И., Лялин Л.И., Калинчак В.В., Копыт Н.Х. Термоэмиссионная зарядка седиминтирующих сферических металлических частиц // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 261-269.
Калинчак В.В., Орловская С.Г., Грызунова Т.В. Устойчивые и критические режимы высокотемпературного окисления вольфрамового проводника в воздухе // Теплофизика высоких температур. – 2003.- Т.41, №3. – С. 465–469.
Калинчак В. В., Гулеватая О.Н., Калинчак А.И., Орловская С.Г. Высокотемпературный тепломассообмен и кинетика химических реакций пористого углерода с воздухом с учетом стефановского течения // Физика аэродисперсных систем. – 2003. – Вып. 40. ― С. 106-122.
Орловская С.Г., Калинчак В. В., Грызунова Т.В. Высокотемпературное окисление вольфрамового проводника с учетом теплообмена излучением и испарения окисной пленки с его поверхности// Физика аэродисперсных систем. – 2003. – Вып. 40. ― С. 150-161.
Калинчак В.В., Зуй О.Н., Орловская С.Г. Влияние температуры и диаметра пористых углеродных частиц на кинетику химических реакций и тепломассообмен с воздухом // Теплофизика высоких температур. – 2005. – Т.43, №5. – С.780-788.
Lyalin L.A., Semenov K.I., Kalinchak V.V., Kopyt N.KH. Thermoemission charging of metal particles surrounded with condensed disperse phase // Ukrainian journal of physics. – 2005. – V.50, № 2 – P. 157 – 160.
Маренков В.І. «Полідисперсна» іонізація макрочастинок в гетерогенних плазмових системах // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 270-280.
Marenkov V.I. Physical modelling of ionization processes in dense high-temperature plasmasol// Journal of Molecular Liquids.-2003.-Vol. 105, Nо. 2, pp. 299-305.
Маренков В.І. Наведена полярізація в запиленій плазмі з електричним струмом // Фізика аеродисперсних систем. – Одеса. – 2003. – вип.40. – С.298-312.
Marenkov, V. I. Manifestation of polarization effects in dusty plasma//Journal of Molecular Liquids.-2005.-Vol.120, Nо. 2, pp.181-184.
Липатов Г.Н., Чернова Е.А., Турецкий А.Е., Миргород П.И. экспериментальное исследование течения Стефана в статической термодиффузионной камере // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 15-22.
Липатов Г.Н., Чернова Е.А., Таволжанский В.М., Турецкий А.Е. Исследование устойчивости и структуры течений при смешанной конвекции в цилиндрических каналах // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – Вып. 39.- С. 207-214.
Липатов Г.Н., Миргород П.И., Копыт Н.Х. Экспериментальное исследование осаждения разбавленного аэрозоля NaCl в поле диффузии пересыщенного водяного пара. Предварительные результаты// Физика аэродисперсных систем. – Одесса. – 2003. – вып.40. – С.42-47.
Lipatov G.N., Tavolzhansky V.M., Turetsky A.E., Cheremesyuk G.G., Chernova E.A. Optimization of preparations of A2B6 semiconductor films by electrospray pyrolysis // Functional Materials 10, No.2(2003), - p.1-6.
Драган Г.С. Влияние концентрации легкоионизирующейся присадки на по верхностные процессы в пылевой плазме. // Физика аэродисперсных систем. – 2002. – вып.39. – С. 249-260.
Драган Г.С. Межфазные термодинамические взаимодействия в плазме продуктов сгорания. // Вестник Одесск. гос. ун-та. - 2003. - Т 8. - вып.2. Физ.-мат. науки. - С. 163-185.
Вишняков В. И., Драган Г.С., Тамарина Н.А. Изолированный зонд в термической плазме. // Физика аэродисперсных систем. – Одесса. – 2003. – вып.40. – С.274-284
Dragan G. S., Vishnyakov V. I. Thermodynamic reasons of agglomeration of dust particles in the thermal dusty plasma. // Physiks of Condenced Matters. – 2003. - №4. – С.
Билей Д.В., Драган Г.С., Соловьев В.Г., Кочнева В.Ю. Анализ применения риск-ориентированых подходов для оптимизации эксплуатационного контроля атомных электростанций// Физика аэродисперсных систем. – Одесса. – 2003. – вып.40. – С.313-321.
Dragan G.S. Dusty and smoky plasmas. Some properties and applications // Ukrainian journal of physics. – 2005. – V.50, № 2 – P.130-134.
Tamarin A.A., Tamarima N.A., Vishnyakov V.I., Dragan G.S. Conditions of the currents smallness in combustion plasmas // Ukrainian journal of physics. – 2005. – V.50, № 2 – P. 176 – 178.
V. I. Vishnyakov and G. S. Dragan Electrostatic interaction of charged planes in the thermal collision plasma: Detailed investigation and comparison with experiment / PHYSICAL REVIEW E 71,1. –2005. – V.71., - Р. 016411.
V. I. Vishnyakov and G. S. Dragan Thermision (dust-electron) plasmas: theory of neutralizing charges. / PHYSICAL REVIEW E 74,3. –2006., - Р. 036404.
V. I. Vishnyakov and G. S. Dragan Order spatial structures of dust grains in the thermal plasma. / PHYSICAL REVIEW E.73, 2. –2006., - Р. 026403.
Связи с украинскими и международными организациями
Кафедра принимает активное участие в выполнении международных проектов. За последние годы были выполнены следующие проекты:
<«Исследование процессов и устройств на основе низкотемпературной плазмы» Проект №8 М157-2004. Партнер – Литовский энергетический институт. Источник финансирования – МОН Украины. Срок начала и окончания программы 1.01.2003 г. – 31.12.2005 г.
«Исследование неидеальной плазмы продуктов сгорания». Партнер – Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН. Источник финансирования – без финансирования. Срок начала и окончания программы – 1.01.2004 г. – 31.12.2006 г.
Готовится проект о сотрудничестве на 2006-2008 г.г. „Создание плазменной технологии синтеза ультрадисперсных порошков и применение их для получения покрытий с заданными свойствами”. Партнер - Литовский энергетический институт.
Преподаватели и сотрудники кафедры являются членами международных организаций:
Копыт Н.Х. – доктор физико-математических наук – член Европейской аэрозольной ассоциации. Стручаев А.И. – старший научный сотрудник - член Европейской аэрозольной ассоциации. Липатов Г.Н. – кандидат физико-математических наук, доцент - член Европейской аэрозольной ассоциации.
Кафедра поддерживает связи с: Киевским национальным университетом (кафедра общей и молекулярной физики), Киевским педагогическим университетом (кафедра общей физики), Научно-исследовательским физико-химическим институтом им. Карпова (Москва, Россия); институтом физической химии РАН (Москва, Россия); институтом теплофизики Сибирского отделения РАН (Новосибирск, Россия); институтом высоких температур РАН; институтом химической физики им. Н.Н.Семенова РАН; институтом экстремальной физики РАН; Литовским энергетическим институтом; центром угольной технологии НАН Украины; государственным научно-техническим центром ядерной и радиационной безопасности.
Информация для потенциальных партнеров кафедры
В результате поведенных исследований физики высокотемпературного тепломассообмена в дисперсных системах при химических и фазовых превращениях; физических свойств низкотемпературной плазмы; разработанной модели межфазного взаимодействия и использования новых параметров для описания свойств дымовой плазмы; физики аэрозолей, кафедра предлагает ряд научно-технических тем для совместных работ или для их финансовой поддержки со стороны спонсоров:
методы диагностики высокотемпературных устойчивых и критических (зажигание, потухание) состояний твердых тел (металлов, углерода) различной геометрической формы в газообразной среде;
методы исследования влияния различных механизмов теплопереноса (излучение, конвекция), кинетики фазовых и химических превращений на поверхности и внутри пор частиц и проводников на критические параметры зажигания и потухания их в газообразной среде;
бесконтактный метод исследования температурного поля нагретых до свечения объектов исследования с помощью цифрового и компьютерного оборудования;
определение диапазона режимных параметров дисперсных систем (размеры частиц, их внутренняя структура, концентрация, температура, скорость движения и т.д.), при которых осуществляется наиболее полное их преобразование в условиях газовзвеси.
получение нанопорошков оксидов металлов;
усовершенствование технологии нанесения порошковых покрытий на твердые поверхности;
разработка способов защиты окружающей среды от сварочного аэрозоля при электродуговом разряде;
моделирование фазовых переходов на примере упорядоченных структур конденсированной фазы в плазме;
аспирация аэрозолей (в том числе биоаэрозолей) из окружающей среды при различных ее параметрах (скорости ветра, давлении, влажности, температуре);
движение и осаждение аэрозольных частиц из неоднородных по температуре и концентрации газовых потоков;
высокоэффективная (стопроцентная) фильтрация высокодисперсных аэрозолей любой физико-химической природы на базе конденсационно-гравитационной и диффузионно-форетического фильтров;
поперечная миграция частиц в аэродисперсных потоках;
нанесение покрытий (исследование их свойств) методом пульверизационного пиролиза;
электрические свойства волокнистых фильтрующих материалов;
аэрозольная техника – пробоотборники, разбавители, методы измерений.
Реквизиты кафедры теплофизики
Одесский национальный университет имени И.И.Мечникова, Одесса, ул. Дворянская, 2. кафедра теплофизики, ул. Пастера, 27, г. Одесса, 65082, Украина тел. +38 048 723 -12 - 03
