Отчет ИВМ СО РАН за 2012 год

Федеральные программы

• Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012–2020 годы»
• Федеральная целевая программа «Развитие электронной компонентной базы и электроники на 2008–2015 годы»
• Федеральная целевая программа «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2011–2020 годы»
• Федеральная целевая программа «Федеральная космическая программа России на 2006–2015 годы»
• Федеральная целевая программа «Пожарная безопасность в Российской Федерации на период до 2012 года»
• Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы

Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы

Руководитель: к.ф.-м.н. И. И. Рыжков

Исследуются процессы диффузии и термодиффузии наночастиц в наножидкостях и их влияние на гидродинамику течений и теплообмен наножидкостей в мини- и микроканалах. На первом этапе был проведен аналитический обзор литературы. На основе полученных сведений систематизированы теоретические модели для описания наножидкостей, экспериментальные данные по их теплофизическим свойствам и выделены результаты, требующие теоретической интерпретации.

Изучена гидродинамика и теплообмен наножидкости в круглой цилиндрической трубе с заданным расходом. На входе в трубу задаётся постоянная температура и концентрация наночастиц в жидкости. На стенке трубы задан постоянный поток тепла. Построена модель, которая описывает поведение полей скорости, температуры и концентрации на большом расстоянии от места входа жидкости в трубу. Учитывается зависимость вязкости, теплопроводности, коэффициентов диффузии и термодиффузии от концентрации наночастиц. Расчёты для различных наножидкостей показали, что эффект термодиффузии приводит к уменьшению концентрации наночастиц вблизи стенки трубы и увеличению концентрации наночастиц в центральной части трубы. Поскольку вязкость наножидкости увеличивается с ростом концентрации, скорость в центре трубы уменьшается, а вблизи стенки — увеличивается, что приводит к снижению коэффициента трения.

Впервые исследована задача Гретца-Нуссельта для бесконечной цилиндрической трубы с учётом эффектов диффузии и термодиффузии. На конечном отрезке трубы задан постоянный тепловой поток на стенке, в остальной части труба является теплоизолированной. Теплофизические свойства жидкости предполагаются постоянными. Решение строится методом разделения переменных. На рис. II.10 показаны распределения температуры и концентрации в трубе, в которой на отрезке 0 < z < 10 задан постоянный тепловой поток. Тёмные области соответствуют б?льшим значениям температуры и концентрации, светлые области — меньшим значениям. Как видно из рис. II.10б, тепловой поток на стенке приводит к уменьшению концентрации вблизи стенки и увеличению концентрации в центре трубы в результате термодиффузии.

Рис. II.10. Распределение температуры (а) и концентрации (б) жидкости в трубе (число Пекле Pe = 5, число Льюиса Le = 10).
На отрезке 0 < z < 10 задан постоянный тепловой поток, в остальной области труба теплоизолирована

(Отдел дифференциальных уравнений механики)