Russian
English
Arabic
Chinese (Simplified)
Chinese (Traditional)
French
German
Italian
Japanese
Kazakh
Portuguese
Spanish
Turkish

Содержание Том 25 № 4 2023

1. Л. С. Горулева, Е. Ю. Просвиряков. Новый класс точных решений уравнений магнитной гидродинамики для описания конвективных течений бинарных жидкостей // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 447-462.  Скачать

Представлено новое семейство точных решений для уравнений магнитной гидродинамики несжимаемой жидкости. Рассматриваются конвективные течения жидкости в прямоугольной декартовой системе координат. Конвекция в проводящей жидкости индуцируется тепловыми факторами и растворенным веществом. Таким образом, анонсированное точное решение описывает термодиффузию в магнитных жидкостях. Точные решения построены с учетом перекрестных диссипативных эффектов Соре и Дюфура. В статье для построения точного решения использован класс Линя-Сидорова-Аристова. Поле скоростей и магнитное поле описываются линейными формами относительно двух пространственных координат. Коэффициенты линейных форм зависят от третьей координаты и времени. Давление, температура и концентрация растворенного вещества описываются квадратичными формами. Приведена система уравнений для нахождения неизвестных функций для гидродинамических полей. Эта система является переопределенной. В статье приведено точное решение для определения неизвестных функций для описания установившихся течений Стокса конвекции бинарной проводящей жидкости. При построении точного решения в нелинейной системе магнитной гидродинамики все слагаемые для конвективной производной полагались равными нулю (не учитывалось конвективное и диффузионное перемешивание сплошной среды).
Ключевые слова: точное решение, класс Линя-Сидорова-Аристова, магнитная гидродинамика, термодиффузия, эффект Соре, эффект Дюфура,  приближение Стокса. 

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.39


2. Ю. И. Димитриенко, А. А. Захаров, М. Н. Коряков. Моделирование выгорания конструкций из дисперсно-армированных сред // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 463-473.  Скачать

Работа посвящена численному моделированию процессов выгорания конструкций из дисперсно-армированных энергетических композиционных материалов, использующихся в качестве твердотопливных зарядов. Для описания изменения криволинейных границ выгорающих конструкций разработана геометрическая модель на основе сплайновых представлений и прямого метода численного решения уравнения движения поверхности раздела фаз. Приводятся основные формулы для расчета скорости горения композитных энергетических материалов. Рассмотрены примеры численного моделирования процесса выгорания типовой конструкции заряда для трех вариантов значений параметров начальной геометрии. Найдено время горения заряда, построены зависимости площади горения от времени, определен характер горения.
Ключевые слова: твердотопливные заряды, энергетические композиты, заряды с радиальными щелями, горение твердого топлива, поверхность горения, моделирование горения заряда, естественный кубический сплайн.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.40


3. С. А. Трубачев, О. П. Коробейничев, А. А. Шаклеин, А. Р. Сагитов, И. В. Куликов, Е. А. Соснин. Полностью трёхмерное связанное моделирование распространения пламени по полимеру под действием теплового потока // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 474-489.   Скачать

В работе представлено полностью трёхмерное связанное моделирование распространения пламени по армированным стекловолокном эпоксидным смолам под действием теплового потока с двух сторон с помощью пакета Fire Dynamic Simulator. Модель включает трёхмерный тепломассоперенос, диффузию основных веществ в газовой фазе, диффузионный перенос продуктов пиролиза в твердой фазе. Процессы пиролиза и окисления представлены макро-реакциями и учитывают действие фосфорсодержащего антипирена ДДМ-ДОПО. Моделью удовлетворительно предсказывается экспериментально наблюдаемая динамика распространения пламени.
Ключевые слова: горение, численное моделирование, трёхмерное моделирование, распространение пламени, полимеры.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.41


4. А. А. Шаклеин, С. А. Трубачев, Г. Морар, Н. А. Балобанов, Е. А. Митрюкова. Численное исследование чувствительности характеристик горения ПММА в противотоке воздуха к исходным данным // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 490-497.   Скачать

В работе проведена оценка влияния значений исходных данных на результаты численных расчетов горения ПММА в противотоке воздуха. Математическая модель сформулирована в сопряженной постановке "газ-твердое тело" для описания тепло- и массообмена между газофазным пламенем и термически разлагающимся твердым горючим материалом. Уравнения, описывающие газофазное горение, решаются в программном пакете Cantera в постановке одномерного противопоточного пламени. Теплоперенос и пиролиз твердого материала описываются двумерными уравнениями, которые решаются в собственном программном коде. Газофазное горение разрешается скелетальным кинетическим механизмом. Изменение значений расстояния от поверхности горения ПММА до места вдува воздуха, плотности и теплопроводности ПММА, предэкспонента и энергии активации скорости реакции пиролиза, массовой скорость вдува воздуха в пределах 10 % приводит к изменению значений температуры поверхности горения, массовой скорости горения образца ПММА, молекулярного и радиационного тепловых потоков в пределах 20 %.
Ключевые слова: теплообмен, химический механизм, полиметилметакрилат, горение в противотоке, численное моделирование.

DOI:  https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.42


5. А. А. Шумихин. Использование многоядерных вычислительных систем для численного моделирования внутрикамерных течений вязкого газа // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 498-506.   Скачать 

Для исследования газодинамических процессов, протекающих в твердотопливных ракетных двигателях, важное значение имеет численное моделирование турбулентных потоков сжимаемого газа. В статье приведена система уравнений гидромеханики, описывающая осесимметричное течение сжимаемого вязкого газа. Система основных уравнений записана в цилиндрической системе координат. Основой предложенной методики является явная модифицированная схема Стегера‑Уорминга 2-го порядка точности по пространству. Разработанная программа использует предложенный алгоритм для проведения параллельных вычислений на многоядерных компьютерных системах с общей памятью. Выполнены численные исследования течения продуктов сгорания в твёрдотопливном ракетном двигателе с использованием разработанной параллельной программы. В качестве тестовых компьютерных платформ использовались две системы, имеющие различные конфигурации. Приведены результаты моделирования внутрикамерного течения сжимаемого вязкого газа и проведён анализ зависимости относительной вычислительной производительности от конфигурации компьютера, используемой в расчётах.
Ключевые слова: параллельные вычисления, турбулентность, нестационарное течение, вычислительная гидрогазодинамика.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.43


6. В. А. Тененев, М. Р. Королева. Постановка задачи Римана для политропных газов, описываемых сложными уравнениями состояния // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 507-514.   Скачать

Приведена постановка задачи Римана для политропных газов с произвольными уравнениями состояния. Описана характеристическая форма системы уравнений Эйлера. Приведены собственные числа матрицы Якоби и соответствующие собственные вектора системы уравнений газовой динамики. На основе показателя нелинейности определено их влияние на структуру решения задачи Римана в виде комплекса простых волн – волн разрежения, ударных волн и контактных разрывов. Для двух уравнений состояния реальных газов – уравнения Ван-дер-Ваальса и уравнения Соаве-Редлиха-Квонга приведены основные аналитические соотношения для определения энтропии, внутренней энергии, давления, температуры и скорости звука в газе. Данные соотношения лежат в основе процедуры построения точного решение задачи Римана о распаде произвольного разрыва и могут быть использованы для реализации метода Годунова для решения многомерных нестационарных задач газовой динамики.
Ключевые слова: задача Римана, точное решение, характеристическая форма, уравнения состояния, уравнение Ван-дер-Ваальса, уравнение Соаве-Редлиха-Квонга.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.44


7. М. С. Смаковский, С. А. Атрошенко, Е. В. Харанжевский, С. Н. Костенков, В. И. Бородулин, Г. Г. Савенков. Лазерная модификация поверхностного слоя алюминиевой бронзы // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 515-523.   Скачать

Исследованы свойства и микроструктура поверхности алюминиевой бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 после лазерной закалки и лазерного легирования поверхности карбидом молибдена. Для обработки использовали короткоимпульсный лазер с длиной волны 1064 нм и длительностью импульса 40 нс. Выполнена статистическая оценка симметрии бинарных объектов в микроструктуре с учётом их взаимного расположения. Оценена скрытая упорядоченность структуры до и после лазерной обработки. В структуре поверхности после лазерного легирования обнаружен химически однородный слой с двукратным увеличением твердости, переходящий в структуры закалки с диспергированием элементов микроструктуры и выделением мартенсита. Фазовый состав определен методом рентгеноструктурного анализа. Результаты исследования необходимы для улучшения эксплуатационных характеристик запорных элементов гидроаппаратуры, изготовленных из алюминиевых бронз.
Ключевые слова: лазерное легирование, алюминиевая бронза, микроструктура, микротвердость.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.45


8. М. Г. Васин, В. Г. Лебедев, В. Е. Анкудинов, К. Я. Шкляев. Фазово-полевая модель стеклования // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 524-537.  Скачать

В работе представлена математическая модель, описывающая переход вещества из жидкого состояния в твёрдое в процессе его равномерного охлаждения. При формулировке модели были использованы два теоретических подхода: калибровочная теория стеклования, которая описывает этот процесс как топологический фазовый переход в упругой среде; и метод фазового поля, описывающий процесс упорядочения. В качестве параметра, характеризующего переход вещества из жидкого состояния в стекольное, предложено использовать ротор калибровочного поля, характеризующего топологические искажения локально упорядоченной структуры вещества. Численный расчёт системы дифференциальных уравнений, полученных в рамках предложенной модели, позволил промоделировать процесс затвердевания жидкости в условии её быстрого охлаждения, учитывая при этом конкуренцию между процессами кристаллизации и стеклования. Модель качественно описывает конкуренцию стеклования и кристаллизации при закалке с конечной скоростью охлаждения. При этом подвижность вихрей является определяющим свойством в конкуренции между стеклованием и образованием кристаллов. Показано, что зарождение кристаллической фазы при медленных скоростях охлаждения и малых недоохлаждениях происходит по флуктуационному механизму, большинство вихрей успевают аннигилировать, а оставшаяся часть выстраивается в энергетически выгодные цепочки и квадруполи, формируя границы упорядоченных (кристаллических) зёрен. Увеличение скорости охлаждения приводит к увеличению степени стеклования конечной структуры.
Ключевые слова: интерметаллические сплавы, релаксация, расплавы, вязкость.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.46


9. Е. Б. Долгушева, Е. И. Саламатов. Изменения колебательного спектра ультратонкой пленки алюминия, связанные с потерей симметрии при добавлении одного атомного слоя // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 538-543.   Скачать  

Методом молекулярной динамики с многочастичным потенциалом межатомного взаимодействия вычислены низкочастотные колебательные свойства ультратонких плёнок различной толщины. Учёт дискретности системы привел к новым результатам, которые нельзя получить в рамках теории упругости. Предложено объяснение качественной перестройки низкочастотной области колебательного спектра тонкой плёнки при изменении числа (чёт/нечет) атомных слоёв, её составляющих. Показано, что триггером перестройки низкочастотного спектра служит изменение симметрии системы без изменения ее общей атомной структуры.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, низкочастотный колебательный спектр, ультратонкие плёнки, симметрийный анализ, изгибные колебания.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.47


10. Т. С. Картапова, В. Л. Воробьев, Ф. З. Гильмутдинов. Влияние химической активности имплантируемых ионов и предварительного облучения мишени низкоэнергетическими ионами на профиль внедрения имплантируемой примеси // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 544-553.   Скачать

В настоящей работе проведено сравнение результатов имплантации ионов инертного (Ar) и химически активного элемента (N) в тонкие углеродные пленки на поверхности железа, а также показано влияние предварительной имплантации низкоэнергетических (3 кэВ) ионов аргона на результат последующей имплантации азота в образцы армко-железа. Выявлено, что экспериментальные профили распределения имплантируемых ионов N+ в поверхностных слоях армко-железа отличаются от расчетных профилей распределения. Показано, что внедрение и накопление азота во многом определяется его химическим взаимодействием с атомами железа. Предварительное облучение ионами Ar+ образцов армко-железа с дозами, не превышающими 1017 ион/см2, способствует более значительному насыщению тонкого поверхностного слоя азотом при последующей имплантации ионов N+, что, вероятнее всего, обусловлено созданием различного рода радиационных дефектов.
Ключевые слова: углеродные пленки, ионная имплантация, РФЭС, программный пакет SRIM, химическое взаимодействие.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.48


11. Н. М. Барбин, М. А. Шумилова, Д. И. Терентьев, М. Ю. Карпухин. Термодинамическое моделирование газофазного сгорания тетрахлордибензол-n-диоксина в атмосфере воздуха // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 554-561.   Скачать

Диоксины являются одними из самых опасных суперэкотоксикантов техногенного происхождения, способные образоваться при наличии трех условий: присутствия органики и хлор- или бромсодержащих компонентов и высокой температуры. В связи с токсичностью данного соединения целью работы является изучение процесса сгорания тетрахлордибензо-п-диоксина в воздухе методом термодинамического моделирования для создания новых технологий. Изучаемая система состояла из конденсированного диоксина (твёрдого и жидкого) и атмосферы воздуха (О2+N2) в соотношении 10:1 и 1:2 соответственно. В езультате проведенного расчета установлено, что увеличение количества воздуха в системе уменьшает температурный интервал начала и окончания испарения диоксина, а также повышает концентрации N2, CO, HCl в газовой фазе во всем температурном интервале с уменьшением концентрации диоксина и других соединений.
Ключевые слова: термодинамическое моделирование, диоксины, воздух, максимальная концентрация, температурный интервал.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.49


12. Л. И. Жданова, Д. С. Рыбин, А. А. Жигалова. Электронное строение и биологическая активность некоторых галогенпроизводных диэтилентриамида фосфорной кислоты // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 562-569.   Скачать

В работе обсуждается влияние замещения водорода атомами галогенов в бензольном кольце молекулы бензотэфа на ее молекулярное и электронное строение, а также биологическую активность. Комплексное изучение галогенпроизводных бензотэфа методами рентгеноструктурного анализа и квантовой химии (DFT) позволяет проследить взаимосвязь между параметрами электронной структуры и биологической активностью этих соединений.
Ключевые слова: фосфорорганические соединения, молекулярная структура, теория функционала плотности (DFT), биологическая активность.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.50


13. В. И. Ладьянов, М. С. Коновалов, М. И. Мокрушина, Шиляев А. И., Д. П. Ардашева. О влиянии скорости охлаждения расплава при сверхбыстрой закалке на структурное состояние приповерхностных слоев лент сплава Fe77Ni1Si9B13 // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 570-576.   Скачать

С помощью метода спиннингования расплава получены быстрозакаленные ленты с разной толщиной: 200, 50, 30, 20 мкм при скорости вращения закалочного диска 500, 1500, 2500, 3500 об/мин, соответственно. Химический состав лент определяли методом атомно-эмиссионной спектроскопии на установке Spectroflame Module S. Рентгенограммы лент получали на дифрактометре ДРОН-6 в CuKα-излучении (монохроматор графит). Рассмотрено влияние скорости охлаждения расплава на структурное состояние контактной и свободной сторон лент сплава Fe77Ni1Si9B13. Установлено, что увеличение скорости охлаждения расплава позволяет получать быстрозакаленные ленты сплава Fe77Ni1Si9B13 с различной структурой: рентгеноаморфные при 3500, 2500 и 1500 об/мин, а также кристаллические при 500 об/мин. При этом охлаждение расплава при скорости вращения закалочного диска 500 об/мин позволяет получить ленты сплава Fe77Ni1Si9B13 с тремя типами кристаллографических структур, а именно A2, C16 и D03 (A2 соответствует фазе α-Fe(Si), C16 – фазе Fe2B, а D03 – фазе Fe3Si). При этом в приповерхностных слоях со свободной стороны ленты зафиксировано текстурирование фазы Fe3Si. Отмечается, что кристаллическая структура лент, полученных при охлаждении расплава на закалочном диске со скоростью его вращения 500 об/мин, отличается от структуры лент данного сплава после их кристаллизации из аморфного состояния при отжиге.
Ключевые слова: структура, аморфная лента, метод спиннингования, скорость охлаждения, сплав Fe77Ni1Si9B13.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.51


14. А. В. Рычков, М. Д. Токарев, А. А. Чернова. Система антикоррозионной защиты емкостного оборудования, адаптированная для климатических условий средних широт // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 4. С. 577-586.    Скачать

Работа посвящена вопросам антикоррозионной защиты нефтяного оборудования, а именно – вопросам разработки и тестирования системы антикоррозионной защиты емкостного оборудования участков нефтесбора и нефтехранения для климатических условий средних широт с увеличением периода проведения работ по нанесению антикоррозионной защиты внутренней и наружной поверхности емкостного оборудования в условиях отрицательных температур. Предложено применение системы антикоррозионной защиты емкостного оборудования на основе эпоксидного и финишного покрытия (SM 601 450-560 г/экв) и добавлением аминных отвердителей (полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин, метафенилен-диамин и 2,4,6 триаминометилфенол) для обработки внутренней и наружной поверхностей оборудования. Проведено исследование долговечности наиболее распространенных марок антикоррозионных покрытий и предлагаемой системы при их нанесении в условиях отрицательных температур, показана неудовлетворительная долговечность большинства образцов. Далее образцы двух видов покрытий (наиболее распространенного Jotum – и предлагаемого) были экспериментально исследованы на прочность и стойкость методом испытания на адгезию. Проведенная серия адгезионных испытаний подтверждает как работоспособность предложенной системы, так и возможность увеличения периода проведения работ в условиях отрицательных температур.
Ключевые слова: антикоррозийная обработка, метод отрыва, химический процесс, коррозия, нанесение.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.4.52



Учредитель и Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН»


Главный редактор: академик РАН А.М. Липанов

Подписано в печать 14.12.2023 г., дата выхода 25.12.2023 г. 

Адрес редакции и издателя: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34, тел. (3412)20-35-14

Свидетельство о регистрации средства массовой информации:

Эл № 77-6666 от 10.12.2002 г. в Министерстве Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций

ISSN 1727-0529 (Online)