Деятельность

Материал из НОЦ «Электрофизика»
Перейти к: навигация, поиск

Научное направление электрогидродинамики жидких диэлектриков возникло в Санкт-Петербургском государственном университете в начале шестидесятых годов под руководством проф. Г.А. Остроумова.
В 1988 году Стишковым Ю.К. была организована лаборатория "Электрогидродинамики жидких диэлектриков", преобразованная в 2006году в лабораторию электрофизики. 
По широте охвата и степени новизны проводимых исследований сотрудники лаборатории внесли приоритетный вклад в электрофизическую и электрогидродинамическую науку посредством разработки оригинальных методов экспериментального исследования ЭГД-течений, процессов проводимости жидких диэлектриков и механизмов их электризации. На кафедре радиофизики Ленинградского университета под руководством проф. Остроумова, признанного основателя электрогидродинамики, были проведены пионерские исследования в этой области.
Область электрофизики жидких и газообразных диэлектриков, в которой учитываются возможные гидродинамические течения под воздействием внешнего электрического поля, впервые возникла на стыке электродинамики, гидродинамики, физике плазмы и электрохимии и начало развиваться как самостоятельное научное направление - электрогидродинамика (ЭГД), в конце 60-х годов минувшего столетия. За прошедшие десятилетия количество исследований в области ЭГД и их научный уровень значительно возрос, а результаты этих исследований существенно скорректировали электрофизику и электрогидродинамику жидкостей, газов и плазмы. Выяснилось, что ЭГД-явления наблюдаются всюду в условиях взаимодействия жидкой или газообразной среды и электрического поля, ибо, как правило, эти среды электризуются и приходят в движение, называемое ЭГД-течениями, масштабы которых охватывают широкий диапазон – от микроскопических, в клетках живых существ или в жидких кристаллах до макроскопических, например, в грозовых облаках. В настоящее время интерес к электогидродинамике существенно возрос, по этой и родственной тематикам ежегодно проводятся международные конференции и симпозиумы.
   Нашими исследованиями были впервые выявлены и описаны основные свойства ЭГД-течений в диапазоне их существования при различных внешних условиях, установлена взаимосвязь ЭГД-процессов с электризацией жидкости и появлением нового конвективного механизма токопереноса. Коллективом лаборатории впервые разработаны современные алгоритмы и программы компьютерного моделирования процессов проводимости и ЭГД-течений, а также современные компьютеризированные методы их экспериментального исследования.
В конце 2006 г. на базе лаборатории электрогидродинамики на физическом факультете СПбГУ создан Научно-образовательный центр «Электрофизика».   Основные направления научной деятельности центра: физические процессы формирования и развития электрического разряда в газообразных, жидких и комбинированных средах; вопросы несамостоятельной и самостоятельной электропроводности газов; электрическая проводимость «жидких диэлектриков»; физика предпробойного состояния жидкостей и газов; электрический разряд в жидкости и газе; физика низкотемпературной плазмы; компьютерное моделирование электрофизических, электрогидродинамических и других физических процессов; физико-химическая гидродинамика; электрогидродинамика.

Activity-image1.jpeg

Центр обладает развитой инфраструктурой образовательного и научно-исследова-тельского процесса.
Центр включает в себя современные учебные лаборатории и дисплейные классы, а также научно-исследовательские лаборатории: лаборатория информатики -15 рабочих станций, лаборатория по технологиям компьютерного моделирования -  12 рабочих станций, лаборатория методов обработки и передачи информации (МОПИ)-  13 экспериментальных стендов, оснащенных рабочими станциями, имеющими устройства ввода-вывода аналоговых сигналов и комплекс аналоговых приборов, учебная  Высоковольтная лаборатория: функционирует 6 новых компьютеризированных стендов лабораторных работ, по исследованию основных электрофизических процессов, возникающих при высоких напряжениях в жидкостях и газах,  учебно-научная лаборатория Электрофизики НИИРФ.

Activity-image2.jpeg

Научно-учебные лаборатории оснащены необходимым современным оборудованием. В числе прочего: генератор импульсных напряжений на 500 кВ, цифровые осциллографы, многопроцессорные рабочие станции для видеорегистрации и обработки массивов данных по изучению коронного разряда, электрического ветра и стримерных процессов в газовой изоляции, электрогидродинамических  течений в жидких диэлектриках, а также компьютеризированный полутеневой прибор ИАБ-451 для исследования интенсификации теплообмена электрическим полем, и другое оборудование.
 За последние два года коллективом НОЦ «Электрофизика» с активным участием студентов и аспирантов получены новые значимые результаты в области электрофизики газового разряда и электрического ветра в воздухе, опубликованные в ведущих научных журналах и материалах различных международных конференций.
В целом по ЭГД-тематике защищено 10 кандидатских и одна докторская диссертация, изданы две монографии: Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. Физические основы электрогидродинамики// М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979.; Стишков Ю.К., Остапенко А.А. Электрогидродинамические течения в жидких диэлектриках. Изд. Ленинградского унив., Л.,1989г.,175стр., являющиеся фундаментальными в области электрогидродинамики.
На базе НОЦ «Электрофизика» регулярно проводится (1989, 1991, 1993, 1996, 1998, 2000, 2003, 2006,2009 гг.) Международная конференция "Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей" (сопредседатель оргкомитета проф. Стишков Ю.К.), поддерживаемая грантами РФФИ (сайтhttp://egd.pmf.ru).
За истекшие 5 лет сотрудниками и студентами НОЦ «Электрофизика», сделано 29 докладов на ведущих международных симпозиумах и конференциях по электрогидродинамике, электрофизике и диэлектрическим жидкостям: International Symposium on Electrohydrodynamics,  ICDL и др.  Представленные нами научные результаты по компьютерному моделированию и экспериментальному исследованию ЭГД-течений соответствуют, а по некоторым аспектам превосходят уровень работ, представленных иностранными участниками. Следует отметить, что по результатам выступлений аспирантов и магистров на различных международных научных конференциях получено 5 премий за лучший доклад среди молодых ученых.
В настоящее время ЭГД-процессы широко используются для глубокой очистки воздуха, электропрядения сверхтонких волокон из полимерных материалов, струйной электропечати, интенсификации теплообмена в условиях невесомости и др.
Следует особо выделить важность задачи об экспериментальном исследовании и компьютерном моделировании лавинно-стримерных процессов и их влиянии на предпробойное состояние воздушной изоляции. Решение этой задачи позволит более точно рассчитывать и прогнозировать пробивную прочность воздушной изоляции,  широко используемой при передаче электрической энергии, а также выработать уточненные способы расчета пробивной прочности электрофизических и электротехнических устройств. Изучение и компьютерное моделирование процессов коронирования в зонах повышенной напряженности поля позволит разработать эффективные методы уменьшения транспортных потерь электрической энергии.
Оригинальность нашего подхода состоит в комплексном проведении компьютерного и натурного экспериментов и совместном анализе результатов. Такой подход реализуется в рамках одного коллектива впервые и позволяет оперативно выявлять наиболее важные аспекты исследуемого явления и в случае необходимости корректировать компьютерную модель явления.
Лаборатория оснащена компьютеризированным комплексом аппаратуры, работающиим на основе генератора импульсных напряжений до 500 кВ, реализованным в отдельной изолированной комнате, в которой исключено присутствие оператора, и процесс проведения эксперимента полностью автоматизирован и осуществляется из соседнего помещения. Использование сверхчувствительной видеоаппаратуры позволяет получать и уверенно исследовать стриммерные образования  в предпробойной области напряжений. Качество получаемых результатов соответствует, а иногда и превышает мировой уровень. На основе анализа полученных в 2009 году экспериментальных результатов о строении стриммерных каналов разработана уточненная физическая модель, алгоритм расчета и программа численного моделирования формирования и распространения стримеров в воздушной изоляции при воздействии грозовым импульсом в диапазоне напряжений 100-500 кВ.
Компьютеризированный комплекс аппаратуры работающий на основе генератора постоянного напряжения, видеокамеры и лазерного анемометра с использованием оригинальной программы обработки результатов измерений позволяет исследовать структуру электрогидродинамических течений в широком диапазоне напряжений. Получаемые результаты соответствуют, а по некоторым аспектам превосходят мировой уровень. Планируется исследовать структуру ЭГД-течений в сложных электродных системах и провести компьютерное моделирования ЭГД-процессов в аналогичных условиях с использований усовершенствованного алгоритма: с одновременным учетом процессов диссоциации и рекомбинации, а также поверхностного зарядообразования на электронно - акцепторные молекулы примесей. На основе новых алгоритмов расчета электрогидродинамических течений станет возможна разработка программ расчета электрогидро - газодинамических устройств и разработка новых ЭГД-нанотехнологий.

 

Activity-image3.png Activity-image4.png

С начала 2010 учебного года в СПбГУ открыта аспирантура по специальности 01.04.13 – "Электрофизика, электрофизические установки". Аспирантура открыта для продолжения цикла обучения по магистерской программе «Электрофизика», существующей в рамках учебного плана направления «Прикладные математика и физика». Руководителем аспирантуры является доктор физ.-мат. наук, профессор Стишков Юрий Константинович. Отечественный и зарубежный опыт убедительно показывают, что современное развитие вузов, научно-производственных предприятий, а также современных производств невозможно без эффективного использования современных наукоемких технологий, создания и внедрения новых компьютеризированных методов исследования и расчета. До настоящего времени вузы Санкт-Петербургского региона не готовили аспирантов по специальности 01.04.13 – "Электрофизика, электрофизические установки", обладающих университетскими знаниями не только в области математики и теоретической физики, но и в совершенстве владеющих современными информационными и компьютерными технологиями. Обучение аспирантов по данной специальности проводится на базе НОЦ «Электрофизика». Первыми аспирантами, принятыми на вновь открытую специальность, стали: выпускник 2008 г. П. Глущенко и выпускник 2009 г. В. Чирков, номинанты международной конференции ICDL-2008. В настоящее время в аспирантуре обучаются Самусенко Андрей, Павлейно Ольга и Ашихмин Илья.

В последние годы подготовлены учебно-методические пособия для магистратуры электрофизика:

1. Стишков Ю.К. и др, ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ (Учебно-методическое пособие)

Раздел 1. Механизмы электропроводности и зарядообразования в жидких диэлектриках.

Раздел 2. Электрогидродинамические процессы в жидкостях.

Раздел 3. Компьютерное моделирование ЭГД-течений.

Раздел 4. ЭГД-устройства., 411с., СПбГУ, С-Петербург, 2007г.

2. Самусенко А.В. Стишков Ю.К. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗАХ (Учебно-методическое пособие) 583с., СПбГУ, С-Петербург, 2011г.