Содержание Том 24 № 3 2022

1. С. С. Макаров, М. Ю. Альес
Математическая модель и численное моделирование сопряженного теплообмена при охлаждении высокотемпературного металлического тела потоком газожидкостной среды // Химическая физика и мезоскопия. стр. 287-295. Скачать

Приводятся математическая модель и результаты численного моделирования сопряженного теплообмена при охлаждении высокотемпературного металлического тела цилиндрической формы потоком газожидкостной среды в вертикальном кольцевом канале. Результаты получены на основе математической модели сопряженного теплообмена в двухмерной нестационарной постановке, учитывающей осесимметричность течения потока охлаждающей среды относительно продольной оси цилиндра и процесса парообразования в потоке охлаждаемой жидкости. Получены новые результаты изменения температуры цилиндра в зависимости от доли воздуха в потоке газожидкостной среды и поля скорости охлаждения цилиндра по времени.
Ключевые слова: математическая модель, численное моделирование, сопряженный теплообмен, охлаждение, высокотемпературное тело, газожидкостная среда, параметрический анализ.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.23

2. Д. С. Дудин, И. Э. Келлер
Обзор подходов к формулировке связанных уравнений взаимной диффузии в вязкоупругом теле // Химическая физика и мезоскопия. стр. 296-311. Скачать

Анализируются связанные системы уравнений взаимной диффузии и равновесия вязкоупругого тела в различных системах отсчёта, применимые для изучения процессов в металлических сплавах замещения с вакансионным механизмом диффузии и некоторых других атомных системах. Для формулировки моделей используется теория смесей в рамках классической линейной термодинамики необратимых процессов. Обсуждаются подходы к описанию разделения атомных процессов в потоке неравновесных вакансий на диффузионную и деформационную составляющие с точки зрения феноменологического описания, в том числе, когда материал испытывает деформации диффузионной и механической природы. Для связанных моделей рассматриваются гипотезы, означающие использование для локального материального объёма законов диффузии с коэффициентами, определёнными в двух различных характеристических системах отсчёта. Определяется связь коэффициентов диффузии, с помощью которых записываются балансовые уравнения в различных системах отсчета, используемых для экспериментального определения этих коэффициентов или записи реологических соотношений, либо в которых эти уравнения принимают наиболее простой вид. Отдельно рассмотрены формулировки в рамках гипотезы молекулярной несжимаемости.
Ключевые слова: взаимная диффузия, характеристические системы отсчета, вязкоупругость, связанные уравнения, эффект Киркедалла.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.24

3. П. В. Гуляев, А. А. Шушков
Технология создания реперных отметок на поверхности пиролитического графита. стр.312-318. Скачать

В настоящей работе рассмотрено применение наномаркировки для позиционирования зонда в сканирующей зондовой микроскопии. Особенностью представленных исследований является то, что они выполнены на высокоориентированном пиролитическом графите, широко используемом в качестве подложки для наноструктур. Для маркировки использовался наноиндентор Берковича и нанотвердомер Nanotest-600. Предварительные исследования показали, что при нанесении маркировки некоторые отпечатки могут иметь уменьшенные геометрические размеры. Показано, что на поверхности пирографита могут присутствовать локальные зоны повышенной и пониженной твердости, сравнимые с размерами отпечатков. Приведены детальные изображения отпечатков, полученных в различных зонах подложки. Установлено, что возможно появление отпечатков со значительным вспучиванием материала. Построены характеристики нагрузка-разгрузка в зоне с неустойчивыми отпечатками. Описано влияние вспучивания и отслоений материала на характеристики нагрузка-разгрузка и глубину отпечатка. Показано, что несколько циклов нагрузка-разгрузка позволяют повысить отчетливость отпечатка. Выполнены сравнительные исследования маркировки, полученной однократным и многократным индентированием в каждой точке. Профилометрия отпечатков, выполненная с помощью сканирующего зондового микроскопа, показала большую площадь и глубину отпечатков, полученных многократным индентированием.
Ключевые слова: реперные отметки, сканирующий зондовый микроскоп, СЗМ-изображение, нанообъекты, наномаркировка, наноиндентирование, NanoTest 600.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.25

В работе представлены основные особенности используемых в настоящее время математических моделей, на основе которых проводятся численные исследования задач горения твердых материалов. Проведен обзор работ, опубликованных за последнее десятилетие, тематика которых затрагивает различные области, такие как утилизация отходов сжиганием, сжигание ископаемого топлива, горение твердого топлива ракетных двигателей, лесного горючего материала, распространение пламени по поверхности горючего материала. Показано, что в основном при расчете горения твердых материалов применяются макрореакции горения или механизмы, состоящие из нескольких реакций.
Ключевые слова: горение, химический механизм, твердое горючее, численное моделирование.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.26

5. М. А. Корепанов, Р. Р. Шарифуллин
Моделирование процессов в дизельном обогревателе непрямого нагрева. стр.332-343. Скачать

6. А. Н. Бельтюков, А. И. Чукавин
Формирование наноструктурированных покрытий золота на пористом оксиде алюминия с плазмонным откликом в видимой области спектра. стр.344-355. Скачать

Исследованы особенности формирования наночастиц золота при вакуумном термическом напылении на поверхность мембраны анодного оксида алюминия в зависимости от параметров её пористой структуры, количества осаждаемого материала и отжига. Совместный анализ результатов сканирующей электронной микроскопии и оптической спектроскопии показал, что в зависимости от морфологии наноструктуры золота демонстрируют как один, так и два резонансных пика на спектрах оптического пропускания, связанных с возбуждением плазмонов. Последние представляют особый интерес, поскольку могут быть использованы в двухмодовых сенсорах на поверхностном плазмонном резонансе, обладающих повышенной чувствительностью и селективностью.
Ключевые слова: наночастицы золота, анодный оксида алюминия, плазмонный резонанс, сканирующая электронная микроскопия, абсорбционная спектрофотометрия.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.28

Предложена фазово-полевая модель растворения и роста фазы постоянного состава при контакте с фазой переменного состава в бинарном растворе. Из-за отсутствия термодинамически обоснованного определения химического потенциала для фаз постоянного состава (стехиометрий, или компаундов), в качестве химического потенциала стехиометрии предлагается использовать тангенса наклона прямой, соединяющей значения энергий Гиббса фазы переменного состава и стехиометрической фазы, контактирующих внутри диффузной границы. Полученные в результате такого выбора уравнения фазового поля качественно удовлетворительно описывают процессы растворения и роста как компаундов, так и фаз переменного состава. Для верификации модели использовалось численное моделирование изотермической одномерной задачи направленного затвердевания. Результаты моделирования показывают, что в некотором интервале начальных концентраций примеси в жидкости возможен рост стехиометрии с постоянной скоростью. В силу одномерности рассмотренной задачи в этом случае появляется дополнительный изгиб в функции фазового поля. При остальных значениях концентрации примеси в жидкости граница между фазами быстро переходит к фазовому равновесию. При малых движущих силах в системе наблюдается конкуренция между диффузионными и кинетическими (движение фронта) процессами. Ее наличие проявляется в больших временах релаксации при переходе к стационарному режиму.
Ключевые слова: фазовое поле, микроструктура, стехиометрии, неравновесная термодинамика, быстрые процессы затвердевания. 

Метастабильные фазы материала обладают иными, возможно, аномальными свойствами, по сравнению с его стабильным структурным состоянием. Рассчитанные ранее методом молекулярной динамики с многочастичными потенциалами, построенными в технике погруженного атома, упругие и динамические свойства метастабильных фаз с гранецентрированной кубической решеткой переходных сильно ангармонических металлов Ti и Zr, хорошо согласуются с предыдущими теоретическими расчетами. В данной работе показана возможность применения метода неравновесной молекулярной динамики, для расчета решеточной теплопроводности метастабильных ГЦК структур в обоих металлах. Получены кривые температурной зависимости коэффициентов решеточной теплопроводности ГЦК-Ti и -Zr для кристаллитов сечением 12×12 элементарных ячеек ГЦК и длинами 48 и 96 ячеек. Результаты приводятся в сравнении с вычисленной ранее решеточной теплопроводностью Al, которая согласуется с первопринципными расчетами.
Ключевые слова: метод неравновесной молекулярной динамики, решеточная теплопроводность, метастабильные состояния.

С помощью метода затухающих крутильных колебаний в интервале температур от ликвидуса до 1200 ^оС исследованы температурные зависимости вязкости расплавов бинарной системы Al-Cu с содержанием 5, 10 (доэвтектические); 17 (эвтектический) и 25 (заэвтектический) ат.% меди. Для всех составов обнаружены особенности на политермах вязкости, связанные со структурным состоянием расплавов. Методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии выполнено сравнительное исследование образцов, полученных спиннингованием расплава в зависимости от температуры закалки (750 ^оС, 1200 ^оС) и состава сплава. В доэвтектическом сплаве с бóльшим содержанием меди, независимо от температуры закалки расплава, образуется более пересыщенный твердый раствор Al(Cu). Температурный режим обработки расплавов перед закалкой влияет на структуру и механические характеристики твердых образцов, сформированных при спиннинговании.
Ключевые слова: вязкость расплава, концентрация, сверхбыстрое охлаждение, затвердевание, микроструктура, спиннингование расплава.

В статье предлагается метод решения актуальной научной и прикладной проблемы, связанной с эхолокацией подводных объектов с целью их обнаружения, координирования и распознавания. Гидроакустические сигналы являются основным средством, используемым для исследования подводной среды. В силу явлений рефракции, многолучевости и эффектов переотражения гидроакустические сигналы, отражённые от подводных объектов, подвержены значительной изменчивости. Поэтому существенным является поиск различительных признаков, устойчивых к перечисленным факторам изменчивости. В статье предлагается использовать для анализа отраженных гидроакустических сигналов методы периодограммного анализа. Рассматриваются вопросы применения алгоритмов, основанных на преобразовании Фурье и на основе классической схемы Бюй-Балло. В статье описываются особенности создания удобного интерфейса для обработки сигналов, выделения свойств и различения тестовых объектов. Экспериментальные результаты получены в опытовом бассейне.
Ключевые слова: гидроакустика, подводные объекты, распознавание, гидроакустический сигнал, периодограмма.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.32

11. Н. М. Барбин, М. А. Шумилова, О. Ю. Гончаров
Термодинамическое моделирование высокотемпературного поведения арсенитов натрия и калия. стр.400-407. Скачать

Широкое применение неорганических соединений мышьяка в различных отраслях производства требует изучения их физико-химических свойств, в том числе, термических процессов с их участием. Методом термодинамического моделирования было исследовано высокотемпературное поведение Na₃AsO₃, K₃AsO₃, Na₃AsO₃+NaF, K₃AsO₃+KF. Рассчитаны равновесные составы конденсированной фазы при температурах до 1900 К в атмосфере аргона. Установлено, что арсениты натрия и калия являются устойчивыми соединениями и могут образовывать ионные расплавы. Дан анализ полученных результатов, характеризующих устойчивость конденсированной фазы.
Ключевые слова: арсениты натрия, арсениты калия, фториды натрия, фториды калия, термодинамическое моделирование. 

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2022.3.33