Научные проекты

Для финансирования научных исследований необходимо привлечение бюджетных и внебюджетных средств. Коллектив кафедры в течение многих лет ведет работы по проектам, финансируемым СПбГУ, РФФИ, РНФ. Ниже приведен список наиболее значимых проектов за последние 5 лет.

Моделирование неравновесных течений углекислого газа в современных задачах космической аэродинамики и экологии Земли (РНФ, 2019-2021)

Углекислый газ составляет основную часть атмосферы Марса, Венеры и некоторых спутников Юпитера, а также является одним из главных продуктов техногенного воздействия человека на окружающую среду. В связи с этим актуальность исследования неравновесных процессов в СО2 обусловлена двумя большими вызовами: необходимостью развития космических программ, в частности, планируемых полетов на Марс, и необходимостью улучшения экологической ситуации. Цели проекта: построение и апробация детальных и сокращенных теоретических моделей неравновесной физико-химической кинетики и процессов переноса в CO2; выявление доминирующих механизмов колебательной релаксации и химических реакций с помощью детального поуровневого подхода; разработка программного продукта для численного моделирования течений углекислого газа; исследование сильнонеравновесных течений СО2 в различных условиях. Проект носит междисциплинарный характер и требует применения методов физической и химической кинетики, кинетической теории процессов переноса, молекулярной динамики, эффективных численных методов решения задач неравновесной газовой динамики.

Управление динамическими и тепловыми характеристиками сверхзвуковых течений с помощью локальных неоднородностей набегающего потока (РФФИ, 2018-2020)

Проект посвящен экспериментальному и теоретическому исследованию возможности управления аэродинамикой и тепловыми потоками на поверхности гиперзвукового летательного аппарата с помощью создания локальных неоднородностей в набегающем потоке. Для формирования неоднородностей применяются различные способы: лазерный и микроволновый разряды, электродные импульсные разряды, генерация разнонаправленных гиперзвуковых плазменных струй и сверхзвуковых струй газа, отличающихся от основного набегающего потока плотностью и температурой.

Подробнее...

Объёмная вязкость в углекислом газе (РФФИ, 2018-2019)

Что такое объемная вязкость? Каковы особенности ее моделирования в углекислом газе? В проекте даются ответы на эти вопросы. Построена строгая теоретическая модель этого релаксационного параметра, учитывающая сложную структуру молекулы углекислого газа и разные виды обменов внутренней энергией. Показано, что пренебрежение связью вращательной и колебательной энергии может привести к завышению коэффициента объемной вязкости в несколько сотен раз. При использовании строгого кинетического подхода отношение коэффициентов объемной и сдвиговой вязкости не превышает 3. Таким образом, вклад объемной вязкости в тензор напряжений оказывается не слишком велик.

Подробнее...

16 38 60142 3Численное моделирование управления сверх- и гиперзвуковыми потоками с помощью локального подвода энергии (РФФИ, 2016-2018)

Проект направлен на численное исследование обтекания и теплового излучения от летательного аппарата (ЛА) при сверх- и гиперзвуковых скоростях полета при локальном подводе энергии с целью управления аэродинамическими характеристиками и тепловыми потоками.

Подробнее...

KAPPA - программный комплекс для исследования физико-химических свойств сильнонеравновесных реагирующих смесей газов (СПбГУ, 2016-2018)

Описание течений с использованием поуровневого подхода оказывается трудной задачей, требующей сложных расчётов и больших вычислительных ресурсов. KAPPA – это библиотека программного обеспечения с открытым исходным кодом, включающая в себя оптимизированную реализацию различных подходов кинетической теории (детальный поуровневый подход, многотемпературная и однотемпературная модели), функций вычисления коэффициентов скоростей образования частиц, моделей для расчета термодинамических и транспортных свойств в неравновесных газовых потоках, а также обширную базу данных свойств молекул, атомов и их взаимодействий.

Подробнее...

Моделирование сильнонеравновесных течений смесей газов, составляющих атмосферы Земли и Марса, с помощью новых подходов кинетической теории (РФФИ, 2018-2020)

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы современной физико-химической аэродинамики: применение строгих методов кинетической теории газов для решения актуальных газодинамических задач. В проекте поставлена задача исследования сильно неравновесных течений реагирующих смесей газов, составляющих атмосферы Земли и Марса, на основе новых моделей неравновесной колебательной и химической кинетики, с учетом неравновесных распределений молекул смесей по уровням колебательной энергии, электронного возбуждения и ионизации.

Подробнее...

Разработка программного комплекса для расчета макропараметров, коэффициентов переноса и потоковых членов в различных задачах газодинамики, с учетом влияния сильной неравновесности, химических реакций, ионизации и электронного возбуждения (РНФ, 2017-2019)

Проект направлен на создание цифрового программного комплекса, позволяющего моделировать физико-химические процессы в сильнонеравновесных течениях реагирующих газов методами кинетической теории процессов переноса и релаксации, с учетом больших объемов данных по электронным уровням и химическим реакциям. Программный комплекс позволяет проводить численные расчеты физических свойств, макропараметров газа, коэффициентов переноса и потоковых членов в условиях различных отклонений от равновесия, с целью определения режимов, характерных для минимизации сопротивления и тепловой нагрузки на летательные аппараты.

Подробнее...

Моделирование кинетики и теплообмена в высокотемпературных течениях газов с неравновесным электронным возбуждением, химическими реакциями и ионизацией (РФФИ, 2016-2018)

При входе космического аппарата в атмосферу планеты перед его головной частью возникает ударная волна. Резкое сжатие газа в ударной волне приводит к мгновенному росту температуры и, как следствие, возбуждению внутренних степеней свободы, химическим реакциям, ионизации. Кафедра много лет занимается построением моделей кинетики и процессов переноса в неравновесных условиях. Однако до недавнего времени процессы электронного возбуждения атомов и молекул, а также неравновесная ионизация оставались за рамками исследований. Цель данного проекта – заполнить этот пробел и разработать надежные теоретические модели высокотемпературных течений.

Подробнее...

15 19 30016Моделирование неравновесных гиперзвуковых течений на основе континуального и кинетического подходов (РНФ, 2015-2017)

Проект посвящен моделированию неравновесных реагирующих течений около космических аппаратов (КА) в атмосферах Земли и других планет с использованием континуального и кинетического подходов. Цели проекта: создание и апробация новых теоретических моделей неравновесной физико-химической кинетики и процессов переноса в высокотемпературных и высокоэнтальпийных течениях реагирующих смесей газов, применение этих моделей при расчете гиперзвуковых течений воздуха и углекислого газа, разработка эффективного и точного численного подхода для моделирования аэротермодинамики КА в трехмерной постановке вдоль высотного участка траектории на основе современных моделей неравновесных физико-химических процессов и его реализация в программной системе для расчета высокоэнтальпийных неравновесных газовых течений на суперкомпьютерах с гибридной CPU/GPU архитектурой. Актуальность данной тематики обусловлена неослабевающим интересом к проблемам входа летательных аппаратов в атмосферу Земли и Марса, создания эффективной тепловой защиты спускаемых аппаратов, изучению атмосферы Титана и спутников Юпитера, моделированию процессов в ударных трубах, сверхзвуковых и гиперзвуковых экспериментальных установках.