Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.НИР

Mechanics of the mediums co-operating with electric and magnetic fields

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 января 2016 г. Анализ формирования и движения плазменных струй в плотных газовых средах. Теоретическое и экспериментальное исследование поведения магнитных жидкостей, магнитных эмульсий, слабопроводящих и поляризующихся жидкостей и дисперсных сред под действием различного типа электромагнитных полей.
Результаты этапа: На основе батареи сильноточных аккумуляторов была создана автономная схема питания магнитной системы, стабилизирующей разряд. Разработана электротехническая схема, обеспечивающая устойчивую работу установки одновременно от независимых источников тока. Предложенное упрощение магнитной системы для стабилизации разряда, позволило упростить её конструкцию, за счёт уменьшения числа стержней, создающих магнитное поле протекающими в ней токами, до трёх. Модернизирована система диагностики сильноточных токов на основе датчиков Холла, позволившая существенно упростить и повысить качество проводимых измерений. Предложена и проведена на П-2000 модернизация системы охлаждаемых водой трубчатых реостатов, позволяющая обеспечивать плавное, а не только дискретное, регулирование балластного сопротивления электрических цепей испытуемых установок. В экспериментах проводилась высокоскоростная (1200 к/с) видео регистрация с высокой степенью разрешения и осциллографирование разрядных токов и напряжений. Путем синхронизации и сопоставления этих данных проведено экспериментальное исследование процессов в низкотемпературной плазме достаточно протяженных (до 150 мм) квазистационарных дуговых разрядов в свободной воздушной среде атмосферного давления при токах до 600А, как при горизонтальной, так и вертикальной ориентации стержневых графитовых электродов в присутствии внешнего магнитного поля. В результате получены экспериментальные и теоретические данные о многоканальных разрядах в воздушной среде. Испытаны созданные ранее опытные образцы плазменных инжекторов. Среди них выбран предпочтительный образец, на котором экспериментально формируются стабильные протяженные (более 100 мм) достаточно узкие плазменные струи (l/d > 15). Удалось подобрать подходящую конфигурацию витков подмагничивания канала рельсотрона для обеспечения устойчивого старта и направленного движения свободной дуги по рельсам. Созданы программы для расчета плоских однородных ламинарных склоновых потоков различных неньютоновских жидкостей на бесконечно длинных однородных склонах. Предложено обобщение дифференциальной трехпараметрической модели турбулентности c учетом нестационарности процессов, сложной реологии, влияния силы тяжести и вовлечения подстилающего материала. Проведен анализ применяемых в современной электрогидродинамике слабопроводящих сред эффективных математических моделей, степень сложности которых определяется учитываемыми механизмами электризации среды. Описаны и проанализированы несколько различных механизмов электризации. Показано, что один из механизмов, связанный с непосредственным воздействием поля на объемную скорость ионизации, может быть применен для разработки зондового метода диагностики электронного возбуждения молекул высокотемпературной газовой смеси атмосферного давления (типа продуктов горения углеводородов). Исследован механизм образования объемного электрического заряда в жидких средах при их течении в каналах микро и нано-размеров, используемых в различного рода устройствах в биотехнологии, фармацевтике и диагностической медицине. Наличие объемного заряда позволяет с помощью приложенного продольного электрического поля управлять движением таких сред в тонких каналах. В частности, без больших трудностей реализуется возможность перемещения жидкости из одного микрообъема в другой, перемешивания двух разных жидкостей в микроразмерном канале и т.п. Использование перепада давления для этих целей практически неосуществимо. Выведены в изотермическом приближении динамические условия на границе раздела фаз в жидкостях, учитывающие зависимость поверхностной энергии от потока массы через межфазную границу. Определен критерий устойчивости дозвуковых фронтов фазовых переходов с плоскими волнами относительно малых возмущений. Вычислена зависимость поверхностного натяжения от потока массы для известного точного решения задачи о структуре изотермического фазового перехода в рамках обобщенной модели Ван-дер-Ваальса. Исследована задача о вычислении эффективной вязкости для слабоконцентированной суспензии сферических частиц из жесткого ферромагнетика в сильном переменном магнитном поле. Показано, что возможны два вида временного усреднения: усреднение тензора касательных напряжений среды и поля или усреднение вязкой диссипации. В первом случае рост величины магнитного поля уменьшает эффективную вязкость суспензии, во втором --- увеличивает. Экспериментально исследована деформация тонкого цилиндрического тела из намагничивающегося эластомера на силиконовой основе в магнитном поле электромагнитной катушки. Предложена методика измерения коэффициентов упругости намагничивающегося эластомера в модели Муни-Ривлина. Показано, что при некоторых значениях тока в катушке существует бистабильность равновесных форм исследуемого тела. Деформация тела из намагничивающегося эластомера в магнитном поле исследована также теоретически. Рассмотрено два случая: деформация тонкого цилиндрического тела в неоднородном приложенном магнитном поле и деформация сферического тела в однородном приложенном магнитном поле. Показана возможность существования более чем одной равновесной формы тела в приложенном магнитном поле. Получено хорошее совпадение теоретических расчетов и экспериментов. Рассмотрена задача о сферическом маятнике внутри сферического объема магнитной жидкости при наличии однородного магнитного поля. Постановка задачи обусловлена изучением биологических тактильных волосков - датчиков млекопитающих. Тонкие длинные волоски растут из специальной фолликул с капсулой, окруженной кровью, и используются млекопитающими для тактильного исследования окрестностей. Предложена модельная схема поддержки вязкоупругих волосков внутри фолликул, как сферического объема, заполненного магнитной жидкостью. При этом волосок моделируется жестким стержнем со сферическим телом на конце, погруженным внутрь феррожидкости. Показано, что динамическое поведение маятника может управляться посредством приложенного магнитного поля. Аналитически и численно исследуется магнитная жидкость под полимерной пленкой между соосными цилиндрами в магнитном поле линейного проводника с током. Вычислены различные объемы и формы магнитной жидкости при фиксированных высоте закрепления полимерной пленки, толщине зазора между соосными цилиндрами и токе в проводнике. Изучена возможность образования и разрушения магнитожидкостной перемычки между цилиндрами с помощью изменения магнитного поля. Полученные результаты следует учитывать при конструировании различных устройств с управляемыми объемами магнитной жидкости. Теоретически и экспериментально исследуется левитация и движение твердого магнита в тонком слое магнитной жидкости на твердой немагнитной горизонтальной подложке. В малом объеме магнитной жидкости магнит может левитировать на некоторой высоте от подложки и находится в состоянии равновесия. Форма магнитной жидкости вокруг магнита и высота левитации магнита исследована теоретически и экспериментально для различных объемов магнитной жидкости. Построена зависимость высоты левитации магнита от объема магнитной жидкости. Проведено сравнение экспериментов и теории. В случае, когда магнитная жидкость, в которую помещается магнит, имеет в начальный момент не симметричную форму, возникает горизонтальная сила, под действием которой магнит движется вдоль подложки. Экспериментально исследовано движение магнита по тонкой узкой полосе магнитной жидкости. Исследована проблема распространения слабых разрывов и слабых ударных волн в газах и плазме, создающихся, например, движением поршня и распространяющихся по произвольному, но известному фону. Учитывается наличие противодавления, гравитационного, электрического и магнитного полей, а также эффектов теории относительности. Развит метод изучения пространственной задачи о слабом разрыве решений лагранжевых гиперболических уравнений в рядах по характеристической переменной, который сводится к последовательному решению серии обыкновенных линейных дифференциальных уравнений первого порядка фактически в квадратурах. Линеаризация уравнений около решения со слабым разрывом позволяет решать задачу о распространении слабой ударной волны. В случае одномерных движений исследованы вопросы опрокидывания слабого разрыва при ускоренном движении поршня, а также затухания ударной волны при его торможении на произвольном фоне. Решены задачи с убывающим и периодическим фоном. Этот комплекс задач актуален для процессов, происходящих в атмосферах планет и звезд, в частности, Солнца, где наблюдаются выбросы частиц плазмы со скоростью, достигающей 0,8 скорости света. Все это относится и к проблеме устойчивости атмосферы Земли при ее нагревании или ионизации, что опасно различными экологическими последствиями. Исследовано влияние однородного продольного магнитного поля на неустойчивость Кельвина – Гельмгольца при относительном движении двух горизонтальных слоев феррожидкостей, имеющих любые физически реализуемые законы намагничивания. Магнитные свойства феррожидкостей различны. Выведено условие устойчивости течения с заданной величиной разрыва поля скоростей на поверхности раздела для феррожидкостей с любыми физически реализуемыми законами намагничивания. Аналитически получено уравнение кривой нейтральной устойчивости в плоскости параметров: напряженность приложенного магнитного поля – разрыв поля скоростей. Эта кривая разделяет первый квадрант плоскости указанных параметров на области устойчивости и неустойчивости течения. Детально исследована неустойчивость Кельвина–Гельмгольца в случае феррожидкостей, подчиняющихся при намагничивании модифицированному закону Ланжевена. Показано, что магнитные и гравитационные силы (без учета капиллярных сил) способны создать режим устойчивого течения с разрывом поля скоростей. В отсутствие магнитного поля такой случай принципиально невозможен (как и в гидродинамике обычных жидкостей). Для изучения устойчивости установившегося электровращения сферической капли вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости в постоянном электрическом поле проведено аналитическое исследование нестационарного вращения в следующих условиях. Сферическая капля вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости, взвешена в другой, несмешивающейся с ней, вязкой слабопроводящей поляризующейся жидкости. Учитывалось влияние поверхностных электротоков на границе раздела жидкостей. Отношение вязкости окружающей жидкости к вязкости капли считалось достаточно малым и использовалось при решении как малый параметр. Изучалось нестационарное изменение формы капли. Выведены соотношения для электрического потенциала, скорости и давления в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами. Полученные результаты позволили провести исследование устойчивости найденных ранее стационарных решений. Установлено, что в определенных условиях, кроме известного стационарного решения без электровращения, существует множество стационарных решений с электровращением, определенных с точностью до направления вектора угловой скорости вращения, перпендикулярного вектору напряженности приложенного поля. При этом если выполняются условия существования решений с электровращением, то решения с электровращением являются устойчивыми, а решение без электровращения является неустойчивым. Если же условия существования решений с электровращением не выполняются, то решение без электровращения является устойчивым.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа: Исследовано влияние сильных неоднородных электрических полей на процессы ион-ионной диссоциации в жидких слабопроводящих смесях при их течениях в плоских микроканалах. Изучены эффекты, являющиеся следствием воздействия неоднородного поля на объемную электрохимическую кинетику в жидкостях при умеренных числах Дебая. Показано, что в пристеночных слоях с сильной неоднородностью поля образуются биполярные структуры нескомпенсированного объемного заряда, на которые можно воздействовать приложенным продольным полем. Наличие слоев с противоположно направленными кулоновскими силами приводит к возникновению в профиле скорости точек перегиба. Это вызывает неустойчивость течения и тем самым способствует перемешиванию жидкости в микроканале. Решена задача об устойчивости капиллярно-гравитационных волн на горизонтальной поверхности вязкой несжимаемой жидкости в присутствии намагничивающегося поверхностно-активного вещества во внешнем постоянном магнитном поле произвольной ориентации. учитывалась анизотропия тензора поверхностных натяжений и зависимость компонент этого тензора от концентрации поверхностно-активного вещества и напряженности магнитного поля. Показано, что в приложенном поле свободная поверхность жидкости становится неустойчивой при напряженностях поля, больших некоторого критического значения, не зависящего от упругих свойств пленки поверхностно-активного вещества. Исследована задача о зависимости поверхностного натяжения на границе раздела типа "жидкость-пар" от величины потока массы, испытывающей фазовый переход испарения или конденсации. На основе уравнения для производства энтропии и вариационного уравнения Л. И. Седова, где в число дополнительных определяющих параметров входит интенсивность фазовых превращений, построена уточненная модель движущейся границы фаз в жидкости. При этом граница раздела фаз рассматривается как двумерная система с нулевой поверхностной плотностью, обладающая внутренней энергией, температурой и энтропией. Получены определяющие уравнения, условия на границе раздела и кинетические соотношения в рамках данной модели. В частности, получено дополнительное соотношение, связывающее скачок обобщенного химического потенциала на границе раздела фаз и скорость изменения потока массы через данную границу. В рамках данной модели исследована устойчивость фронта фазового перехода относительно малых продольных возмущений. В изотермическом приближении решена задача о структуре движущейся плоской межфазной границы, что позволяет найти уравнения состояния двумерной среды и кинетические коэффициенты. При этом внутри межфазного слоя используется уравнение состояния, основанное на обобщенной модели Ван дер Ваальса с учетом градиентов плотности. Найдена зависимость поверхностной свободной энергии и поверхностного натяжения от интенсивности фазовых превращений и получены асимптотические выражения для этих функций при малых потоках массы через межфазную границу. Теоретически и экспериментально исследованы статические формы поверхности объема магнитной жидкости между двумя пластинами в неоднородном магнитном поле. В экспериментах наблюдаются резкие изменения и гистерезис формы поверхности магнитной жидкости, когда ток в катушке увеличивается и уменьшается квазистатически. Теоретически выведены необходимые и достаточные условия для локального минимума функциональной энергии. Разработан метод поиска устойчивых форм поверхности. Показана неоднозначность в определении формы поверхности магнитной жидкости при одинаковом значении тока. Установлено, что экспериментально наблюдаемые формы поверхности данного магнитного объема жидкости совпадают с формами, полученными численно, и практически все они удовлетворяют полученным необходимым и достаточным условиям минимальной энергии. Проведено теоретическое исследование по использованию магнитного поля линейного проводника с током для управления магнитожидкостным клапаном, который может открывать и закрывать канал между двумя соосными конусами и цилиндром. Проведено численное моделирование поведения клапана для различных значений объема магнитной жидкости и тока в проводнике. Рассмотрено два случая: смачивания и несмачивания магнитной жидкостью ограничивающих твердых поверхностей. Показано, что наличие ограничивающих конусов позволяет магнитной жидкости выдерживать перепад давления, который намного больше в случае несмачивания, чем в случае смачивания. В случае смачивания магнитная жидкость не может выдерживать никакого перепада давления при малых токах, но в случае несмачивания она может делать это даже при нулевом токе. Обнаружено, что в случае несмачивания возможны скачкообразные и гистерезисные явления при некоторых значениях объема магнитной жидкости и тока в проводнике. Теоретически и экспериментально исследована статика левитации магнита, частично погруженного в объем магнитной жидкости, на горизонтальной плоскости. Экспериментально исследовано движение магнита вдоль горизонтального тонкого слоя магнитной жидкости при различных значениях длины, толщины слоя, а также различного количества магнитной жидкости на магните в начальный момент. Предложен способ теоретического описания движения магнита. Сравнение теории и эксперимента позволяет сделать оценки для коэффициента трения и толщины слоя магнитной жидкости, остающуюся после магнита. Теоретически рассмотрены статические формы поверхности магнитной жидкости в неоднородных магнитных полях, в частности, когда объем магнитной жидкости может перекрывать зазор между немагнитными поверхностями. В качестве неоднородных магнитных полей рассмотрены: поле, возникающее вокруг намагничивающегося шара в однородном приложенном магнитном поле, и поле линейного проводника с током. Теоретически рассмотрена задача деформация капель жидкости в электрическом поле. Задача о форме капли решается для случая переменного электрического поля. Рассматриваются первые два приближения по малому параметру. Учитываются все возможные перемещения заряда по поверхности: конвективный перенос и поверхностная проводимость. Исследуется влияние параметров переноса поверхностного заряда на форму капли. На основе полученных результатов можно сделать вывод о том, что учет различных перемещений заряда по поверхности может повлиять на форму капли только в сторону ее большего вытягивания. Предложена методика определения вязкоупругих свойств намагничивающегося эластомера в однородном магнитном поле. Цилиндрический образец намагничивающегося эластомера в эксперименте расположен на оси катушек Гельмгольца. Верхний конец образца закреплен неподвижно, а свободный конец соединен с немагнитным стержнем с моментом инерции, который в начальный момент закручен на угол. Далее стержень отпускают и осцилляции стержня фиксируются на видеокамеру. Для описания колебаний образца построена обобщенная модель Кельвина – Фойгхта, в которую введен член, аналогичный сухому трению, моделирующий взаимодействие ферромагнитных частиц в магнитном поле. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов позволяет определить коэффициенты вязкости и упругости модели. Показано, что эти коэффициенты зависят от магнитного поля. Исследована проблема распространения слабых разрывов и слабых ударных волн в газах и плазме, создающихся, например, движением поршня и распространяющихся по произвольному, но известному фону. Учитывается наличие противодавления, гравитационного, электрического и магнитного полей, а также эффектов теории относительности. В случае одномерных движений исследованы вопросы опрокидывания слабого разрыва на переменном фоне при ускоренном движении поршня, а также при выходе ударной волны на поверхность нулевой скорости звука, расположенной, например, на поверхности газового тела, находящегося в равновесии. Последний эффект является принципиально новым, ранее не известным, и указывает на относительную неустойчивость поверхности всех звезд, в том числе и Солнца, где, действительно, всегда наблюдается постоянное бурление. Решены задачи с периодическим фоном и с убывающей плотностью. Проводится сравнение с точными решениями, полученными ранее. Дано новое точное решение задачи магнитной гидродинамики об ударной волне, проходящей без отражения сквозь слой ионизованного газа. Этот комплекс задач актуален для процессов, происходящих в атмосферах планет и звезд, в частности Солнца, где наблюдаются выбросы частиц плазмы со скоростью, достигающей 0,8 скорости света. Все это относится и к проблеме устойчивости атмосферы Земли при искусственном ее нагревании или ионизации, что опасно различными экологическими последствиями. Дано общее решение плоской задачи о распространении слабой ударной волны в тонком слое магнитной жидкости переменной толщины, находящимся во внешнем магнитном поле. Результаты могут быть использованы для диагностики неровностей поверхности немагнитных материалов. Дано решение задачи о движении под действием реактивной силы плавящейся твердой частицы в собственном расплаве с учетом членов линейного и квадратичного по скорости вязкого сопротивления. Установлен новый физический эффект: при достаточно большой разности температур частицы и расплава частица с уменьшением радиуса будет неограниченно ускоряться. В рамках модели однородного по температуре и другим физическим характеристикам несжимаемого жидкого диэлектрика сформулирована система уравнений и граничных условий электрогидродинамики, описывающая в плоской постановке струю невязкой жидкости между пластинами заряженного воздушного конденсатора. Толщина струи много меньше капиллярной постоянной. В отличие от многочисленных работ по устойчивости струй при постоянном давлении в окружающем газе учитывается изменение давления в газе при возникновении волн на поверхностях раздела жидкость – газ. Как и при обтекании волнистой стенки однородным потоком газа наличие волн вызывает появление аэродинамических сил. Выведено дисперсионное уравнение для антисимметричных волн, развитие которых в отсутствие электрического поля приводит к первичному распаду струи. При наличии электрического поля явление распада характеризуется тремя безразмерными параметрами: отношением плотности газа к плотности жидкости, числом Вебера и параметром электрогидродинамического взаимодействия. Детально исследован распад струи углеводордной жидкости. Показано, что электрическое поле существенно уменьшает характерный размер фрагментов при первичном распаде струи. Проведено исследование деформационных колебаний капли вязкой магнитной жидкости в переменном магнитном поле. Изучалось изменение формы капли вязкой магнитной жидкости, взвешенной в несмешивающейся с ней другой вязкой магнитной жидкости, в переменном магнитном поле. Поверхностное натяжение капли считалось достаточно большим, чтобы можно было использовать асимптотическое разложение по малому параметру и ограничится поправками первого порядка по этому параметру. Напряженность магнитного поля, а также скорость и давление в течении найдены в виде рядов с зависящими от времени векторными и тензорными коэффициентами, для которых получены соотношения, позволяющие их определить. С использованием этих соотношений коэффициенты искались в виде асимптотических разложений по малому параметру, соответствующему большому отношению поверхностного натяжения к плотности энергии магнитного поля, умноженной на радиус недеформированной капли. Получены соотношения для членов нулевого и, для некоторых коэффициентов, первого порядков этих асимптотических разложений, позволяющие найти их изменение со временем. Эти соотношения позволяют выразить все коэффициенты через один из них, для которого получено обыкновенное дифференциальное уравнение. Найдено решение этого уравнения в виде установившихся колебаний. Установлено, что с точностью до членов первого порядка в колеблющемся приложенном магнитном поле капля является вытянутым сфероидом с осью, направленной вдоль вектора напряженности приложенного поля, совершающим деформационные колебания с угловой частотой, равной удвоенной частоте колебаний приложенного поля, и с фазовым запаздыванием по отношению к колебаниям поля. Найдена зависимость полуосей этого сфероида от времени и величина фазового запаздывания как функция частоты. При стремлении частоты колебаний приложенного поля к бесконечности капля стремится принять форму не изменяющегося вытянутого сфероида. Установлено также, что во вращающемся магнитном поле капля принимает форму трехосного эллипсоида. Эллипсоид вращается вокруг своей малой оси, направленной перпендикулярно плоскости вращения вектора напряженности приложенного поля, с угловой скоростью, равной угловой частоте вращения вектора напряженности поля, так, что большая ось эллипсоида отстает от вектора напряженности приложенного поля на некоторый угол. Найдена зависимость полуосей этого сфероида от времени и величина угла запаздывания как функция частоты. При стремлении частоты колебаний приложенного поля к бесконечности капля стремится принять форму не изменяющегося сплюснутого сфероида. Проведены ремонтно-восстановительные работы в конструкциях блоков водоохлаждаемых балластных нагрузок и блоков коммутации силовых цепей от ГП-2200 к установке П-2000. Разработан, изготовлен и испытан помехозащищенный делитель напряжения для обеспечения измерений компьютеризированной системой в дугах при напряжениях источника тока до 2,4 кВ. Проведены комплексные испытания одновременной работы мощных генераторов тока ГП-2200, 9-10 ГП и сильноточных аккумуляторов. Составлена инструкция по работе с пультом управления генератора ГП-2200. Испытаны режимы горения сильноточной дуги, питаемой генератором на 2.2 МВт, при умеренных (до 600 А) токах, сопоставленные с данными экспериментов, обеспечиваемых блоком генераторов 9-10 ГП. Рассмотрены предварительные эквивалентные электротехнические схемы при питании установки П-2000 от генераторов ГП 2200 и 9-10ГП и проведены измерения LCR-параметров цепей соответствующих токовых контуров. На основе двухкольцовой модели (катушки Гельмгольца) проведена модернизация магнитной системы для стабилизации дуговых разрядов в аксиальном магнитном поле, и проведены натурные эксперименты, показавшие ее эффективность по сравнению с традиционной (многокольцовой) катушкой. Проводится отработка возможности стабилизации режимов раздвижки координатным механизмом (сомкнутых изначально) электродов за счет специального наложения магнитного поля от твердотельных магнитов. Начато изучение влияния, как конфигурации электродов, так и топологии магнитных полей, создаваемых протекающими по ним токами, на динамику прианодных шнуров. В экспериментах достигнута стабилизация протяженного вертикального разряда (вплоть до 200 мм), как в аксиальном магнитном поле, так и со специально организованным плазменным анодом. Упрощенные модели для решения задачи о вытеснении анодных пятен с торцевой поверхности электрода находятся в стадии разработки. С целью анализа процессов формирования многоканальных токовых структур, обнаруженных в экспериментах с дугами атмосферного давления, получено в безграничной среде на основе коротковолнового приближения на однородном фоне, но с учетом градиента температуры, дисперсионное уравнение для инкремента неустойчивости электропроводного газа. Изучение неустойчивости проведено на основе тепловой модели разряда и 3D уравнений гидродинамики в приближении Обербека-Буссинеска при бесконечно малых значениях магнитного числа Рейнольдса, с учетом заданных однородных, как поперечного, так и продольного, внешних магнитных полей, и зависимости электропроводности среды от температуры. Создана программа и проведены расчеты плоских однородных турбулентных склоновых потоков различных неньютоновских жидкостей на длинных однородных склонах, изучено влияние турбулентности на динамику и скорость захвата потока подстилающего материала.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа: На установке П-2000 проведены ремонтные работы по восстановлению группы неохлаждаемых балластных реостатов для токов до 600 А, системы водоохлаждаемых реостатов на рабочие токи до 3 кА, где была повышена их электрическая прочность (до допустимых рабочих напряжений 750 В). На основе датчиков Холла разработана система 3D-диагностики нестационарных магнитных полей до 30 мТл, что позволило уточнить картину распределения магнитных полей в системах стабилизации разряда, получить исходные данные для их оптимизации, и дало принципиальную возможность отслеживать сигналы-импульсы магнитного поля от движущейся плазмы. Проведено исследование протяженных электрических дуг в свободной воздушной атмосфере между графитовыми электродами – стержневым катодом и массивными анодами разной формы. Изучено образование и развитие многоканальных разрядов и их винтовых структур. Впервые достигнуты режимы стабильного горения протяженной (вплоть до 30 см) вертикальной электрической дуги с силой тока до 700 А в свободной воздушной атмосфере. В рамках двухионной модели слабопроводящей среды исследованы процессы в канале одной ступени электрогидродинамического (ЭГД) компрессора. Показано, что зависимость перепада давления и суммарного объемного заряда промежутка от приложенного напряжения в определенном диапазоне близка к линейной, однако имеется некоторое критическое значение этой величины, после которого дальнейшее ее увеличение ухудшает эффективность работы преобразователя. Это связано с влиянием инжекции отрицательных ионов с катода, которая усиливается с ростом поля и перераспределяет объемный заряд в межэлектродном пространстве Исследована устойчивость движения капиллярно-гравитационной волны на горизонтальной свободной поверхности вязкой несжимаемой жидкости в присутствии магнитного поверхностно-активного вещества во внешнем магнитном поле. Показано, что для нормального, а также для тангенциального внешнего магнитного поля горизонтальная свободная поверхность жидкости неустойчива для силы поля, превышающей некоторое критическое значение, которое не зависит от постоянной упругости пленки поверхностно-активного вещества. Теоретически и экспериментально исследованы левитация и движение магнита в слабо намагничивающейся магнитной жидкости на горизонтальной плоскости. Получена аналитическая формула для силы, действующей на магнит со стороны магнитной жидкости. Экспериментально исследовано движение магнита по тонкой узкой полосе магнитной жидкости. Предложена математическая модель такого движения. Проведено моделирование магнитожидкостной перемычки между двумя коническими поверхностями и внешним цилиндром, на оси которых проходит линейный проводник с током. Показано, что наличие конусов позволяет перемычке выдерживать перепад давления. Создан экспериментальный образец намагничивающегося эластомера с анизотропными свойствами. Предложена теоретическая модель анизотропной несжимаемой однородной намагничивающейся упругой среды в магнитном поле. Решена задача об анизотропном сферическом теле в неоднородном приложенном магнитном поле. Получено аналитическое выражение для магнитной силы, действующей на тело. Разработана методика экспериментального определения входящих в модель констант тензора магнитной проницаемости, основанная на измерении силы, действующей на сферическое тело из такого материала в осесимметричном неоднородном поле при различных направлениях вектора анизотропии. Проведены исследования крутильных деформаций цилиндрических тел из намагничивающихся эластомеров в однородном магнитном поле. В теоретических расчетах используется обобщение модели Кельвина – Фойгта вязкоупругого материала, учитывающая остаточные деформации. Удлинение образца описывается моделью Муни – Ривлина. Зависимость коэффициентов вязкости и сдвига, а также остаточных деформаций от напряженности магнитного поля определяется из сравнения теоретических и экспериментальных результатов. Экспериментально и теоретически исследована деформация переменного объема магнитной жидкости, содержащей намагничивающийся шар, и фиксированного объема немагнитной жидкости в цилиндрической кювете в однородном магнитном поле. Предложена методика численного расчета формы поверхности магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле в безындукционном приближении с учетом силы тяжести, поверхностного натяжения, гистерезиса угла смачивания и нелинейной зависимости намагниченности магнитной жидкости от магнитного поля. Исследовано распространения по произвольному неоднородному, но известному, фону слабых разрывов и слабых ударных волн в газах и плазме. Дано новое точное решение задачи электрогидродинамики об ударной волне, проходящей без отражения сквозь ряд слоев заряженного газа, что может моделировать явления, происходящие в грозовых облаках. Дано общее решение задачи о распространении слабой кольцевой ударной волны в тонком слое магнитной жидкости переменной толщины, находящемся во внешнем магнитном поле. В зависимости от исходных условий решение обладает свойствами опрокидывания, как во внутренней области, так и на границе жидкости. Результаты могут быть использованы для диагностики неровностей поверхности немагнитных материалов. В рамках линеаризованных уравнений и граничных условий феррогидродинамики исследована капиллярная неустойчивость цилиндрической струи феррожидкости при наличии магнитного поля, создаваемого окружающим струю соосным соленоидом. Анализ влияния продольного магнитного поля на капиллярную неустойчивость цилиндрической струи феррожидкости проведен с использованием кривой намагничивания, полученной путем обработки экспериментальных данных по намагничиванию образцов феррожидкостей в максимальном технически достижимом диапазоне изменения напряженности магнитного поля. Для конкретной феррожидкости представлен график зависимости длины волны, имеющей наиболее быстрый рост амплитуды, от напряженности магнитного поля. Исследованы деформационные колебания капли вязкой магнитной жидкости, взвешенной в несмешивающейся с ней другой вязкой магнитной жидкости, в переменном магнитном поле. Установлено, что вращающееся магнитное поле вызывает вращение жидкости внутри и вне капли. Найдены угловые скорости, характеризующие это вращение.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Механика сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1.doc Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1.doc 89,0 КБ 13 декабря 2016 [Polyansky]
2. Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1_TP4upAU.doc Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1_TP4upAU.doc 89,0 КБ 13 декабря 2016 [Polyansky]
3. SpisokPublikatsijPoTeme_3.1_Lab101.doc SpisokPublikatsijPoTeme_3.1_Lab101.doc 49,0 КБ 28 декабря 2016 [Glinov]
4. Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1_ewubW8y.doc Spisok_publikatsij_po_teme_NIR_3.1_ewubW8y.doc 89,0 КБ 13 декабря 2016 [Polyansky]