Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Все планируемые на 2019 год работы выполнены и научные результаты достигнуты. Механизм противотоков и циркуляционных ячеек в закрученных течениях рассмотрен в обзоре (Shtern V.N. J. Phys. Conf. Series, 2019). Показано, что все эти, кажущиеся парадоксальными, структуры движения могут быть объяснены с единой точки зрения, называемой «механизм затухания вращения» (МЗВ). МЗВ объясняет возникновение и исчезновение циркуляционных ячеек, которые в литературе часто называют «пузырями распада вихря», в замкнутых цилиндрических контейнерах, где движение заполняющей их жидкости вызвано вращением одного из торцевых дисков. Показано, что в сильно закрученном потоке баланс центробежной силы и радиального градиента давления приводит к тому, что давление на оси вихря существенно меньше, чем на периферии. Если крутка затухает вниз по течению, то давление растёт вдоль оси. Этот осевой градиент давления (подсос) тормозит поток у оси и способен обратить его, вызывая таким образом локальный или глобальный противоток по отношению к периферийному движению. Установлено, что МЗВ также работает и в двух-жидкостных течениях, подобных происходящих в вихревых биоректорах. Спроектирован и изготовлен лабораторный стенд, обеспечивающий двойное вихрегенерирование и максимальную изолированность от окружающих возмущений, обеспечивающий режимы работы вихревых газожидкостных биореакторов. Стенд состоит из оптически прозрачного термостатированного цилиндрического контейнера, изготовленного из оргстекла диаметром 150 мм, заполненного рабочей жидкостью. Предусмотрена возможность свободного перемещения верхнего торца в зависимости от требуемой высоты рабочей камеры (от 0.01 м до 1 м). Стенд оснащен датчиками давления и температуры, системой сбора экспериментальных данных. В управляющую программу вводятся вязкость рабочей жидкости и требуемое число Рейнольдса. Управляющая программа рассчитывает соответствующую скорость вращения двигателя. Управление угловой скоростью вращения диска выполняется по заданному алгоритму (Naumov, Tsoy J. Phys. Conf. Series, 2020). Исследования топологии ограниченного вихревого течения и образования пузыревидной осесимметричной приосевой структуры проводились для установки, состоящей из цилиндрического контейнера с вращающейся крышкой, заполненного двухкомпонентной несмешивающейся жидкостью. Для изучения влияния параметров потока на форму распада вихря разработана математическая модель, описывающая течение вязкой жидкости в замкнутом цилиндре при различных конфигурациях крутки, на основе которой было проведено моделирование течения в замкнутом цилиндрическом контейнере с неподвижным дном и боковыми стенками и вращающейся крышкой. Было проведено численное моделирование. Вычисления проводились с использованием CFD-пакета STAR CCM+. Показан процесс эволюции рециркуляционной зоны на оси цилиндра. Получена диаграмма возникновения приосевого распада при взаимодействии с разными фазами (твердая поверхность, жидкость, газ). Была проведена верификация модели с известными экспериментальными данными – кривыми существования приосевой области возвратного течения на оси цилиндра. Установлено, что наличие торца со свободной поверхностью (воздух или жидкость другой плотности) существенно влияет на образование рециркуляционной зоны возвратного течения, сдвигая диаграмму его формирования в область меньших чисел Рейнольдса (ΔRe ≈ 500) и меньшего относительного удлинения (Δh ≈ 0.5R). Однако использование контактных жидкостей с на порядки разной плотностью и вязкостью не оказывает существенного влияния на оба процесса – образования рециркуляционной зоны и ее касания границы раздела двух сред (Наумов и др. Теплофизика и Аэромеханика, 2020). Показано, что в масле над границей раздела на оси происходит пузыревидный распад вихря при Re > 650. При Re > 1100 происходит исчезновение пузыревидного распада вихря. При Re > 1400 поток становится нестационарным, и форма границы раздела становится ассиметричной, что приводит к разрушению границы раздела (Carrion, Naumov et al. J. Eng. Therm. 2020). С целью изучения динамики вихревого течения и выявления механизмов возникновения и эволюции когерентных вихревых структур, а также общих закономерностей их развития в проточных и замкнутых системах был проведен цикл сравнительных экспериментов в проточном коническом участке и замкнутом цилиндре с вращающемся дном. В ходе проведенных исследований было установлено, что режим возникновения пузыревидного распада с образованием рециркуляционной зоны возвратного течения для течения в замкнутом цилиндре совпадает с режимом течения в проточной трубе при использовании модифицированных чисел Рейнольдса. В замкнутом цилиндрическом контейнере с вращающейся торцевой крышкой при малых и умеренных соотношения высоты к радиусу (h/R) не удается достичь условия возникновения спирального распада. Только переход к большим числам Re при h/R > 6 и нестационарному режиму течения позволяет визуализировать спиральное вихревое движение вблизи вращающейся крышки. В свою очередь в проточном коническом участке спиралевидный распад удается получить во всем диапазоне чисел Re за счет дестабилизирующего эффекта диффузора (подготовлена статья в Journal of Visualization). Составлен сценарий развития ячеистой структуры в двухкомпонентной жидкости. Определены условия массопереноса при одновременном циркуляционным и вихревом движении ограниченных двухжидкостных систем. Получено, что изменение толщины слоя масла в системе двух несмешиваемых жидкостей в цилиндрическом контейнере не влияет на сценарий развития ячеек в нижней жидкости. Но при уменьшении толщины слоя масла, скорость роста центробежной ячейки циркуляции в глицерине возрастает, так как через меньший слой масла от вращающегося диска к границе раздела передается больший угловой момент. Выявлено образование тонкого слоя циркуляции (ТСЦ) под границей раздела. Осесимметричный ТСЦ наблюдается в широком диапазоне чисел Рейнольдса (300 < Re < 1400), и способствует развитию колоколообразной формы границы раздела. Исследования деформации границы раздела при организации замкнутого вихревого движения двух несмешиваемых жидкостей показывает, что высота подъёма границы раздела линейно зависит от частоты вращения задающего генератора - диска - и ведёт себя схожим образом для верхнего или нижнего вращающегося диска. Характер зависимости не зависит от уровня и рода жидкости, а также от геометрических размеров цилиндра. Таким образом, деформация границы раздела зависит от угловой скорости вращения, в то время как внутренняя структура течения зависит от числа Рейнольдса (Naumov et al., J. Phys. Conf. Series, 2019). Выявлены закономерности взаимодействия на границе раздела двух жидкостей различной и близкой плотности, выполнена проверка гипотезы проскальзывания. Было обнаружено, что величина максимальной радиальной компоненты скорости течения в области под границей раздела, отличается на порядок в случаях близких вязкостей (I) и близких плотностей (II) при различных числах Re. Установлено, что меридиональное течение нижней жидкости формируют две конкурирующие силы: центробежная сила и вязкое радиальное трение на границе раздела. Трение прямо пропорционально динамической вязкости нижней жидкости, которая в случае (I) в 8 раз больше, чем в случае (II). А так как плотности не сильно отличаются (не более 30%), то центробежная сила в обоих случаях одного порядка и эффект проскальзывания полностью не исчезает. Было экспериментально показано, что азимутальная скорость вихря имеет скачок на границе раздела двух несмешиваемых жидкостей в ограниченном вращающемся потоке, и получено первое экспериментальное доказательство наличия вихря Моффатта в области пересечения границы раздела и боковой стенки (статья направлена в J. Fluid Mech., Q1). Получено первое экспериментальное наблюдение распада вихря в нижней жидкости в герметичном вертикальном цилиндрическом контейнере, в котором циркулируют две несмешивающиеся жидкости, приводимые в движение вращающейся крышкой. В обеих жидкостях вращение создает центробежные меридиональные циркуляции, разделенные тонким антицентробежным циркуляционным слоем (статья направлена в Physics of Fluids, Q1). В ходе выполнения работ по проекту в 2019 году проведены патентные исследования по теме массоперенос в центробежных тепловых трубах. Объектом исследования являлся двухжидкостный центробежный тепло- и массо-обменный аппарат. Задачей предполагаемого изобретения является создание двухжидкостного центробежный тепло- и массо-обменного аппарата, обеспечивающего интенсификацию тепло- массообменных процессов. Поставленная задача решается за счёт использования центробежной тепловой трубы, в которой принудительная циркуляция теплоносителя обеспечивается вращающимся торцевым холодным диском цилиндра (тепловой трубы). Преимуществом является простота конструкции, и значительная интенсификация тепло- массо-обменных процессов за счет принудительной циркуляции теплоносителя одним вращающимся торцом. Проверка проводилась в отношении действующих охранных документов США, Японии, Китая, Ю. Кореи, России, стран Евросоюза. Период поиска: 1970-2019 гг. Установлено, что исследуемый объект обладает новизной и изобретательским уровнем, соответствует условию промышленной применимости, т.е., является патентоспособным. Охранных и иных документов в РФ, США, Японии, Китае и др. странах, которые будут препятствовать патентованию данного решения, не выявлено. Результаты выполненных работ в 2019 году представлены в виде 5 научных статей в журналах (Теплофизика и Аэромеханика, Journal Engineering Thermophysics, Journal of Physics: Conf. series) индексируемых в базах Web of Science и Scopus, и 8 докладах на международных и всероссийских конференциях, среди которых 2 приглашенных, 4 секционных и 2 стендовых. Подготовлены и находятся на рецензировании научные статьи в журналах Q1: Journal Fluid Mechanics, Physics of Fluids, Physical Review Letter.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Отработана конструкция газо-вихревого биореактора для изучения характеристик и режимов управляемых процессов культивирования при поверхностным и барботажном аэрировании. Разработана методика эффективного перемешивания культуральной среды в сочетании с низкими напряжениями сдвига, обеспечивающего адекватную массопередачу через поверхности раздела фаз. Оптимизирована конструкция газо-вихревого биореактора для обеспечения необходимых эксплуатационных режимов работы с целью эффективного перемешивания культуральной среды. Разработана конструкция с двойным вихрегенерированием: где крыльчатка обеспечивает вихреобразование в воздушной среде, а проницаемый диск, установленный на границе раздела фаз, интенсифицирует передачу углового момента в жидкую среду. Получены экспериментальные данные о влиянии скорости перемешивания суспензии на эффективность культивирования биомассы: уменьшение сроков протекания биопроцессов и увеличение количества полезного выхода биоматериала. Получены экспериментальные данные комплексного исследования массопереноса при различных рабочих режимах и конфигурациях газо-вихревых биореакторов. Было проведено экспериментальное исследование вихревого течения в двух- и трёхкомпонентной жидкости (вода-масло, вода-масло-воздух) с нижним вращающимся диском рассматривая данную системы как прототип устройства моделирующий сбор нефти с поверхности океана. Для различных параметров нижней среды – вязкость и плотность были определены оптимальные с точки зрения формирования устойчивой и стабильной вихревой воронки числа Re и скорости вращения нижнего диска. Показано, что увеличение вязкости нижнего слоя до 23 мм^2/с привело к стабилизации течения при формировании вихревой воронки. При варьировании числа Рейнольдса были выделены четыре основных фазы течения- формирование воронки, возникновение прецессирующего движения вокруг центра, раздробление основной воронки на более мелкие с появлением дополнительных нестационарных пиков и заключительной фазой является перемешивание воды и масла до состояния эмульсии. Установлено, что для менее вязкой и плотной среды граница раздела начинает искривляться при значительно меньшей угловой скорости вращения диска 2.5 рад/с против 11 рад/с для 70% раствора глицерина достигая касания вращающегося диска при 15 рад/с против 32 рад/с. С помощью визуализации течения и измерения скорости под вращающимся диском и под границей раздела при различных параметрах крутки верхнего торца цилиндра выявлены общие закономерности вихревого течения более плотной жидкости, расположенной под границей раздела и не имеющей прямого контакта с вращающемся торцом. Выполнен анализ полученных экспериментальных результатов и численных расчетов, сопоставление экспериментальных данных с теорией для исследуемых типов течений. Показано, что у крышки центробежная сила толкает прилегающую жидкость (масло) от оси к периферии, порождая меридиональную циркуляцию: верхняя жидкость опускается у боковой стенки до поверхности раздела, там спирально сходится к оси, где возвращается к окрестности крышки. Эта центробежная циркуляция (ЦЦ) вызывает в нижней жидкости анти-центробежную циркуляцию (АЦ): схождение к оси у поверхности раздела, погружение у оси до дна, там спиральное расхождение к боковой стенке и подъём вдоль стенки к поверхности раздела. Такая двойная тороидальная вихревая структура (уже благоприятная для перемешивания) существует при самом медленном вращении. Показано, что с усилением крутки происходят поразительные и важные изменения топологии течения. В результате конкуренции массовых центробежных сил и сил вязкого трения в нижней жидкости у поверхности раздела появляется новая ЦЦ ячейка. К удивлению, было обнаружено, что численные расчёты противоречат экспериментальному сценарию изменения структуры течения. Расчётные и опытные результаты хорошо согласуются в верхней жидкости, но диаметрально противоположны в нижней. В отличие от опытов в расчётах новая ЦЦ ячейка развивается около дна и растёт вверх, достигая поверхности раздела у оси. Дальнейший анализ показал, что в опытах наблюдается скольжение: радиальная скорость на поверхности раздела испытывает скачок, меняя величину и даже направление. А расчёты проводились с условием непрерывности скорости и касательного напряжения. Это и объясняет различие результатов. В отличие от известных механизмов скольжения (в разреженном газе, на шероховатой поверхности и создаваемых поверхностно-активными веществами), в данном новом случае скольжение вызвано центробежной силой. Обнаруженное скольжение имеет фундаментальное значение, поскольку все расчёты двух-жидкостных вращающихся потоков, полученные при условии непрерывности, теперь требуют пересмотра. Установлено, что развитие ячейки центробежной циркуляции в жидкости под границей раздела происходит аналогично тому, как это происходит в случае моно-жидкости. Впервые обнаружено, что (при определённом подборе жидкостей и отношения их объёмов) с усилением крутки распад вихря (возникновение области с противотоком на оси контейнера) происходит в верхней (Наумов и д.р. Теплофизика и Аэромеханика 2020, 27(1)) нижней (Naumov et al. Phys. Fluids 2020, 32(1)) или почти одновременно в обеих жидкостях (Naumov et al. Phys. Fluids 2020, 32(6); Carrion, Naumov et al. Phys. Fluids 2020, 32(10)). В результате возникает структура меридионального течения, напоминающая игральную кость домино «один-один» (отсюда и название «вихревое домино»). Таким образом, двух-жидкостный вихревой поток можно эффективно контролировать, выбирая соответствующие объемы и свойства жидкостей. Важным и интригующим фактом является то, что сходящееся над границей раздела спиральное течение менее плотной верхней жидкости формирует под границей раздела расходящиеся (!) спиральное движение более плотной нижней жидкости. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0012156 Результаты, полученные в ходе работ по проекту, представляют интерес: (а) Для технологических приложений, где наблюдаемая множественность ячеек и их расположение в «вихревом домино» усиливает перемешивание, что благоприятно для биологических и химических процессов. Наше исследование указывает, как этого добиться: культура помещается в нижней жидкости, которая приводится в движение верхней средой (жидкостью или воздухом), приводимой в движение вращением крышки. Таким образом, представленное исследование определяет не только оптимальную структуру течения, но и оптимальную скорость вращения, обеспечивая мягкое и эффективное перемешивание ингредиентов без их прямого механического контакта с закручивающим устройством. Культура не разрушается, потому что не касается вращающихся твёрдых частей реактора. При этом обеспечивается эффективное перемешивание и насыщение рабочей среды питательными веществами и кислородом. (б) Для фундаментальных исследований, поскольку обнаруженный эффект центробежного скольжения требует пересмотра результатов расчётов двух-жидкостных вращающихся потоков, полученных при условии непрерывности скорости и напряжений на поверхности раздела жидкостей. (в) Для моделирования элементов системы атмосфера-океан, поскольку приводит к образованию (миниатюрного в лаборатории) двух-этажного торнадо, и для моделирования вихревого движения на границах раздела двух сред различной плотности (например морская вода различной солености или газовые конгломераты различной плотности в космосе). В ходе второго года подготовлена заявка на программу ЭВМ № 2020664239 от 18.11.2020 г. "Программа цифровой трековой визуализации кинематической структуры течений в режиме реального времени". Результаты выполненных работ в 2020 году представлены в виде 7 научных публикаций, среди которых 4 статьи в журналах из Q1 WoS: Physics of Fluids (IF=3.514) и Experimental Thermal and Fluid Science (IF=3.444) и 6 докладах на представительных всероссийских конференциях, среди которых 1 приглашенный, 3 секционных и 2 стендовых.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе отчетного года проведения работ изготовлен макет двухжидкостной тепловой трубы, с адиабатической боковой стенкой, нагреваемым верхним неподвижным торцом и холодным вращающимся торцом (диском), обеспечивающего вынужденную циркуляцию теплоносителя. Выполнено оснащение стенда системой подвода и съема тепла, контроля и диагностики режимов течения и процессов переноса. Управление параметрами вращения диска, измерение и запись параметров с температурных датчиков и расходомеров производится через плату Ардуино в разработанном программном обеспечении. Закрутка нижнего диска двигателем позволяет сформировать водяной столб и поднять границу раздела двух фаз на высоту 1 диаметра цилиндра относительно начального уровня жидкости. Таким образом, обеспечивается прямой контакт теплоносителя с вращающемся нижним (холодным) медным диском и верхним (горячим) неподвижным медным диском. Исследование режимов вихревого движения несмешиваемых жидкостей (масло-вода), при которых масло прилегает к вращающемуся диску, позволило сформулировать предположение о возможности создания теплообменника, сочетающего (а) центробежную циркуляцию, движимую вращением холодного торца, (б) центробежную тепловую конвекцию, движимую вращением и разностью температур, (в) термокапилярную (Марангони) конвекцию, и (г) фазовые переходы (испарение на горячем и конденсацию на холодном торцах). Эксперименты проводились в модели центробежной тепловой трубы (ЦТТ) при расстоянии между дисками H=R/2 и H=R. В качестве рабочего тела использовалась дистиллированная вода, комбинации вода-воздух и вода-растительное масло при соотношении их объемов 50/50. В ходе экспериментов с несмешивающимися жидкостями в системе вода-масло обнаружено любопытное и впечатляющее устойчивое явление, которое можно назвать “центробежная левитация”. С усилением вращения поверхность раздела жидкостей деформировалась, образуя воронку, заполненную маслом. Потом масло достигало вращающегося диска, растекалось по дну до боковой стенки и по ней поднималось до самого верха, окружая нижнюю жидкость тонким слоем со всех сторон. Таким образом, вода принимала форму тора, не касающегося стенок и оси контейнера, то есть, левитирующего в масле. При этом течение неустойчиво – наблюдаются как осевые, так и окружные колебания, и искривления тора с водой. Показано, что при увеличении частоты вращения диска в системе вода-масло отводимая тепловая мощность остается на постоянном уровне, до тех пор, пока воронка масла не касается вращающегося диска (происходит прилипание масла к диску). Таким образом, можно сделать вывод, что независимо от скорости циркуляции как воды, так и масла, фактически теплообмена между этим двумя средами нет или, по крайней мере, он не интенсифицируется. Таким образом центробежная тепловая конфекция в системе двух несмешиваемых жидкостей в отсутствие фазового перехода малоэффективна. Выполнено численное моделирование распространения углового момента через границу раздела двух несмешиваемых жидкостей и сравнение с экспериментальными результатами для случая нижнего вращающегося диска. Прямое численное моделирование взаимодействия двух вязких несмешиваемых жидкостей было проведено на основе решений системы уравнений Навье-Стокса. Было обнаружено, что численные расчёты противоречат экспериментальному сценарию. Расчётные и опытные результаты хорошо согласуются в нижней жидкости, прилегающей к диску, но диаметрально противоположны в верхней. В отличие от экспериментальных наблюдений в расчётах, новая вихревая ячейка развивается около неподвижной границы контейнера и растёт вниз, достигая поверхности раздела у оси. Дальнейший анализ показал, что в эксперименте наблюдается скольжение: радиальная скорость на поверхности раздела испытывает скачок, меняя не только величину, но и направление. А расчёты проводились с условием непрерывности компонент скорости и касательных напряжений. Это и объясняет различие результатов. Можно предположить, что не смотря на то, что нижняя жидкость движется вращением жидкой крышки, это вращение не твердотельное. Максимум скорости расположен близко к оси, приближаясь к ней тем ближе, чем более интенсивней становится вращение нижнего твердотельного диска, что является причиной того, что верхняя жидкость движется к оси (а не от оси, как в эксперименте) вблизи поверхности раздела. Данное наблюдение требует проведения дополнительных как численных так и экспериментальных исследований, запланированных в продлении проекта на 2022-2023 гг. Экспериментально показано, что при перестройке течения над границей раздела, когда сходящееся движение к оси нижней жидкости создает расходящееся от оси к периферии движение верхней жидкости, отношение максимальных значений окружной компоненты скорости под и над границей раздела составляет 2,5 раза, в то время как отношение радиальных компоненты скорости, выглядит гораздо более значительным - 8. Эта особенность помогает объяснить причину возникновения проскальзывания и образования циркуляционной ячейки вблизи оси, где центробежная сила преобладает над радиальным трением и отталкивает жидкость на периферию. При малых числах Рейнольдса окружная компонента скорости значительно затухает при удалении от подвижного диска, в свою очередь, меридиональное движение затухает не так быстро и силы вязкого трения по радиальной компоненте превалируют при формировании центробежного движения сверху, тогда как с увеличением числа Re вблизи оси начинает доминировать центробежная сила. Выявлены общие закономерности влияния геометрических размеров вихревого реактора и объемного соотношения двух и трех жидкостей различной плотности на процессы переноса. Основным результатом, полученным за отчетный период, является раскрытие механизма образования циркуляционных ячеек в двух-жидкостных закрученных потоках, состоящих из двух несмешивающихся жидкостей, заполняющих вертикальный цилиндрический контейнер. Вращающийся нижний диск обеспечивает циркуляцию обеих жидкостей, в то время как боковая стенка неподвижна. Контейнер может быть либо закрыт с помощью неподвижного верхнего диска (SC), либо открыт (OC). По мере увеличения вращения (Re) в каждой жидкости возникает новая циркуляционная ячейка – двойной VB. Такие закрученные потоки с двумя VB могут обеспечить эффективное перемешивание в химических и био-реакторах (Naumov et al. Phys. Fluids 2021). Важным результатом, является то, что в двухжидкостных торнадоподобных течениях вихри разрушаются при меньших скоростях вращения твердотельного вращающегося устройства, чем в одножидкостных течениях. В результате проведенных исследований было выявлено, что наличие слоя более легкой жидкости между вращающимся диском и рабочей средой существенно влияет на образование рециркуляционной зоны возвратного течения, сдвигая диаграмму в область меньших чисел Рейнольдса (ΔRe около 1000), что обусловлено существенно меньшей вязкостью прилегающей к закручивающему устройству жидкости. Можно предположить, что сдвиг по числам Рейнольдса пропорционален отношению вязкостей рабочих несмешиваемых жидкостей, используемых в эксперименте. При этом можно сделать вывод о том, что смещение диаграммы существования распада вихря – зоны возвратного течения – на оси происходит пропорционально общему увеличению высоты цилиндра и не зависит от того, увеличиваем ли мы слой верхней или нижней жидкости. Определены общие закономерности и механизмы возникновения и эволюции когерентных вихревых структур и факторов, влияющих на формирование их различных форм в зависимости от параметров течения (геометрия, объемное соотношение используемых жидкостей, различной теплопроводности, плотности и вязкости). Важным научным результатом, суммирующим предыдущие исследования, является объяснение механизма вихревых противотоков, формирующихся в технике и природе. Обзорная статья об этом явлении: Shtern, Naumov J. Eng. Termophysics, 2021, где рассматриваются противотоки, двойные противотоки и циркуляционные ячейки в вихревых движениях и утверждается, что все эти кажущиеся парадоксальными явления могут быть вызваны общим механизмом затухания вращения (МЗВ). Показано, что МЗВ объясняет (а) противоток воды и масла в гидроциклонах, (б) вытянутый противоток горячего и холодного воздуха в вихревых трубах, (в) двойной противоток, возникающий в вихревых камерах сгорания и (г) обратный поток в выхлопных трубах вихревых аппаратах. МЗВ также объясняет появление и исчезновение циркуляционных ячеек, часто называемых пузырьковым разрушения вихрей, в герметичных цилиндрических контейнерах, где поток приводится в движение вращением одного торцевого диска. Обнаружено еще одно интересное явление – формирование до десяти вихревых ячеек в двухжидкостном вращающемся потоке (Carrión, Herrada, Shtern, J.Eng. Termophysics, 2021). Множественные вихри полезны для роста тканевых культур в биореакторах, из-за обеспечения мелкого и мягкого перемешивания ингредиентов. Наше исследование показало, что по мере увеличения вращения развиваются как минимум десять циркуляционных ячеек: шесть в нижней жидкости и четыре в верхней жидкости. Этот устойчивый осесимметричный многоклеточный поток существует в некотором диапазоне скоростей вращения. Неустойчивость типа сдвигового слоя возникает, когда скорость вращения значительно превышает этот диапазон. Следовательно, такой многоклеточный поток может найти применение в биореакторах, где скорость вращения должна быть умеренной, чтобы избежать разрушения биологических продуктов. В ходе третьего года проекта получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020665506 от 27.11.2020 г. "Программа цифровой трековой визуализации кинематической структуры течений в режиме реального времени". Подготовлена заявка и получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021667091 от 25.10.2021 г. "Программа управления и сбора данных в центробежной тепловой трубе для анализа интенсивности теплообмена". В 2021 году по результатам проведенных экспериментальных исследований вихревого взаимодействия несмешиваемых жидкостей подготовлена заявка на патент Рег. № 2021135336 от 02.12.2021 г.: “Способ интенсификации биологических и химических процессов с использованием несмешиваемых жидких сред различной вязкости”. Полученные в рамках проекта результаты привлекли внимание научно-популярных изданий. В сотрудничестве с журналистами была написана статья в еженедельнике «Наука в Сибири» (26 февраля 2021 г., http://www.sbras.info/articles/simply/sibirskie-uchenye-issledovali-protsess-pod-nazvaniem-vikhrevoe-domino), опубликованная на сайте РНФ: https://www.rscf.ru/news/engineering-sciences/vikhrevoe-domino/ и портале Научная Россия: https://scientificrussia.ru/articles/uchenye-issledovali-protsess-pod-nazvaniem-vihrevoe-domino . Опубликована статья в научно-популярном журнале «Природа», издаваемом Российской Академией Наук. Результаты выполненных работ в 2021 году представлены в виде 7 научных публикаций, среди которых статья в журнале Q1: Physics of Fluids (IF=3.521), три статьи в журналах с импакт-фактором WOS (J. Visualization, J. Eng. Thermophysics), а также статья в научно-популярном журнале “Природа”, индексируемом базой РИНЦ. Выполнена апробация результатов исследований на представительных всероссийских и международных конференциях в виде 9 докладов, среди которых один приглашенный.