А.В. Петрова, А.И. Сафонов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия koltekreit@gmail.com
Ключевые слова: тлеющий разряд, обработка поверхности, медный образец, окисление, микроструктуры, наноструктуры, шероховатость
Страницы: 45-51
Показана возможность управления шероховатостью поверхности медного образца путем обработки ее плазмой тлеющего разряда. Установлено, что основным процессом, влияющим на морфологию и состав поверхности, является окисление. В результате обработки на поверхности медного образца формируются различные нано- и микроструктуры ее оксида. Показано, что в исследуемом диапазоне параметров давление рабочего газа оказывает более существенное влияние на формирование различных структур, чем плотность тока тлеющего разряда. В результате обработки наблюдаются различные стадии процесса окисления поверхности, вызванные различием ее температур
Е.А. Баранов1, В.А. Непомнящих1,2, В.О. Константинов1, В.Г. Щукин1, И.Е. Меркулова1, А.О. Замчий1, Н.А. Лунев1,2, В.А. Володин2,3, А.А. Шаповалова4 1Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия itpbaranov@gmail.com 2Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, Россия v.nepomnyashchikh@g.nsu.ru 3Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирск, Россия v.volodin@g.nsu.ru 4Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Новосибирск, Россия shapovalova@niic.nsc.ru
Ключевые слова: нанокристаллический кремний, электронно-пучковый отжиг, нестехиометрический оксид кремния, плотность тока электронного пучка
Страницы: 52-58
В вакуумной камере проведен электронно-пучковый отжиг тонкой пленки аморфного субоксида кремния со стехиометрическим коэффициентом, равным 0,5. Время экспозиции составило 10 мин при ускоряющем напряжении электронного пучка 1000 В и силе тока 75 мА. С помощью зондовых измерений и расчетов получено поперечное распределение плотности тока в пучке электронов, которое хорошо согласуется с нормальным распределением. Плотность тока на оси пучка составила 0,8 мА/мм2. Установлено, что в результате электронно-пучкового отжига тонкой пленки аморфного субоксида кремния формируются наночастицы кристаллического кремния размером 4,1 ± 0,1 нм. Размеры кристаллитов не зависят от плотности тока пучка электронов, в отличие от степени кристалличности, которая уменьшается с 40 % на оси пучка до нуля (аморфная структура) на периферии. Предполагается, что в процессе образования нанокристаллического кремния происходит формирование жидкой фазы
В.Н. Ярыгин, В.Г. Приходько, И.В. Ярыгин
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия yarygin@itp.nsc.ru
Ключевые слова: вакуумные газодинамические установки, методы диагностики, струйное истечение газа в вакуум, неравновесные процессы, моделирование струй двигателей космических аппаратов
Страницы: 59-69
Представлен краткий обзор выполненных в Институте теплофизики СО РАН экспериментальных исследований газодинамики сверхзвуковых струй малой плотности, включая создание вакуумного газодинамического комплекса, разработку электронно-пучковых и лазерных методов диагностики, изучение влияния эффектов вязкости и неравновесности на область свободного сверхзвукового расширения и на ударно-волновую структуру недорасширенных струй. Рассмотрены проблемы и представлены примеры моделирования на вакуумных стендах силового, теплового и загрязняющего воздействия натурных струй двигателей ориентации на элементы конструкций космических аппаратов и орбитальных станций
К.А. Дубровин1,2, А.Е. Зарвин1, А.К. Ребров2 1Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, Россия akdubr@gmail.com 2Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе, Новосибирск, Россия rebrov@itp.nsc.ru
Ключевые слова: сверхзвуковая струя, образование кластеров, внешний вторичный поток, кластерный след, электронный пучок, проникание фонового газа, время жизни частиц в возбужденном состоянии
Страницы: 70-83
Рассмотрены особенности газовых течений из сверхзвуковых сопел в затопленное пространство в условиях кластерообразования. Излучение частиц в потоке инициировалось посредством хорошо сфокусированного высоковольтного электронного пучка. Регистрация излучения проводилась с помощью фотокамеры высокого разрешения и спектрометра с широким диапазоном длин волн. Показано, что для характерных размеров струй конденсирующихся газов во всем диапазоне исследованных значений давления торможения и фонового окружающего пространства применима такая же зависимость от параметров, как в случае внесения поправочного коэффициента для учета влияния конденсации, в свою очередь зависящего от размера кластеров. Представлена форма поправочного коэффициента. Исследованы зависимости от внешних параметров обнаруженного ранее процесса формирования вторичной внешней струи в потоках легкоконденсирующихся газов - "кластерного следа". Рассмотрены причины и условия возникновения данного эффекта. Проведено сравнение процессов формирования традиционной веретенообразной струи и новой вторичной. Представлены результаты измерения с помощью метода фотометрии диаметров традиционной и вторичной струй в максимальных сечениях, с различными режимами истечения. Рассмотрены причины различий процессов формирования традиционной струи и вторичного потока в условиях развитой конденсации частиц. Установлено влияние "кластерного следа" на процесс проникания газа из окружающего пространства внутрь сверхзвукового потока. Рассмотрены особенности излучения частиц "кластерного следа", получены оценки времени существования излучения в возбужденном состоянии
А.А. Морозов1, И.Б. Юдин1, А.Г. Абрамов2, П.А. Сковородко1, Р.Г. Шарафутдинов1 1Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия morozov@itp.nsc.ru 2АО "ТВЭЛ", Москва, Россия argabramov@tvel.ru
Ключевые слова: прямое статистическое моделирование методом Монте-Карло, сверхзвуковая струя, электронный пучок, разреженный газ
Страницы: 84-93
С использованием кинетического и континуального подходов проведено численное исследование сверхзвукового истечения газа из кольцевого сопла в камеру низкого давления. Такие течения применяются в газоструйных плазмохимических технологиях, в которых используется электронный пучок, проходящий через осевой канал. Исследование проводилось с использованием прямого статистического моделирования с помощью метода Монте-Карло и путем решения уравнений сплошной среды в рамках пакета ANSYS Fluent. Показано, что полученные решения даже в зонах низкой плотности в канале электронного пучка хорошо согласуются. Это позволяет сделать вывод о возможности использовать пакет ANSYS Fluent для моделирования течений данного типа
В.А. Андрющенко1,2, К.В. Артишевский1, Д.В. Смовж1,2 1Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, Россия vladimir.andryushchenko@gmail.com 2Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия dsmovzh@gmail.com
Ключевые слова: смачиваемость, нанотекстурирование, молекулярная динамика
Страницы: 94-101
Проведено исследование смачиваемости текстурированных поверхностей медной и углеродной подложек. Установлено, что такие геометрические параметры создаваемых текстур, как глубина и регулярность, оказывают существенное влияние на лиофильность поверхности, а также на характер растекания и движения капли воды. Значения краевых углов, полученные экспериментально, согласуются со значениями углов, полученными при молекулярно-динамическом моделировании
А.А. Голышев, Н.А. Сибирякова
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия alexgol@itam.nsc.ru
Ключевые слова: законы подобия, металлокерамика, прямое лазерное выращивание, безразмерные параметры
Страницы: 102-107
Определены безразмерные параметры и законы подобия, описывающие геометрические размеры металлокерамического наплавляемого валика, формируемого в процессе прямого лазерного выращивания. В качестве порошковой смеси использовались титановый сплав ВТ-6 и керамика (карбид кремния SiC) с различной объемной долей. Предложена модель для оценки теплофизических параметров гетерогенного материала. Показано, что независимо от объемной доли керамики безразмерные геометрические параметры единичного трека (глубина, ширина и высота) зависят от двух безразмерных параметров: нормированной энтальпии и числа Пекле, причем эти зависимости могут быть аппроксимированы алгебраическими выражениями
Ю.П. Гунько, И.Н. Кавун
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия gounko@itam.nsc.ru
Ключевые слова: импульсная аэродинамическая труба, испытания воздухозаборников, осесимметричный воздухозаборник внутреннего сжатия, нестационарные и квазистационарные режимы обтекания воздухозаборника, колебательный режим обтекания
Страницы: 108-123
Представлены результаты численного моделирования нестационарного течения в осесимметричном воздухозаборнике внутреннего сжатия, испытанного в импульсной аэродинамической трубе с форкамерой фиксированного объема. Выполненные расчеты позволили выявить основные особенности различных режимов: нестационарных режимов запуска трубы и воздухозаборника, режима квазиустановившегося рабочего потока в трубе, режима квазистационарного обтекания воздухозаборника в запущенном состоянии при сверхзвуковой скорости потока в канале, а также последующего нестационарного перехода к режиму с выбитой головной ударной волной на входе при дозвуковой скорости в канале. Выявлен неизвестный ранее режим обтекания воздухозаборника с волнообразным перемещением головной ударной волны. Показано, что со временем колебания затухают, при этом положение ударной волны в набегающем потоке стабилизируется на некотором расстоянии от передней кромки воздухозаборника с сохранением рабочего режима течения в трубе
А.М. Ильясов, В.Н. Киреев
Уфимский университет науки и технологий, Уфа, Россия amilyasov67@gmail.com
Ключевые слова: нестационарное течение, билинейный поток, магистральная трещина, аналитическое решение
Страницы: 124-138
Рассматривается задача о мгновенной закачке или отборе ньютоновской жидкости через нагнетательную или добывающую скважину в бесконечный пласт с вертикальной магистральной трещиной постоянной ширины при заданных постоянных забойном давлении на скважине и пластовом давлении. Найдены аналитические решения для полей давления в трещине и пласте при закачке или отборе жидкости, а также для скорости течения в трещине. Получены явное выражение для утечки (притока) жидкости из трещины в пласт (из пласта в трещину) и уравнения траекторий частиц в трещине и пласте. Для полученных решений построены поля давления, распределения скорости жидкости в трещине и утечек жидкости из конечной трещины в ограниченный пласт при различных значениях проницаемости пласта
А.И. Кутепова, Д.В. Хотяновский, А.А. Сидоренко
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия kutepova@itam.nsc.ru
Ключевые слова: прямое численное моделирование, взаимодействие ударной волны и ламинарного пограничного слоя, тепловой источник возмущений
Страницы: 139-143
Выполнено прямое численное моделирование процесса взаимодействия ламинарного пограничного слоя с ударной волной при числе Маха, равном 1,45. Исследовано влияние периодического теплового источника на характер данного взаимодействия