КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-79-30062

НазваниеФундаментальные принципы холодной многофазной неравновесной плазмы и технологии на ее основе

РуководительСон Эдуард Евгеньевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, г Москва

Года выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2024 

КонкурсКонкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-301 - Электрофизика, электрофизические системы

Ключевые словаПлазменные технологии, электронно-пусковая плазма, вневаккумные технологии, электрический разряд, плазмохимические реакции, ускорение процессов, плазменный катализ, деградационные спектры, аддитивные технолгии,квантовые методы расетов, искусственный интеллект в материаловедении, солнечная энергетика, многофазные системы, численное моделирование, холловские ракетные двигатели ,

Код ГРНТИ29.27.51


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект основан на исследованиях, выполненных в коллективе научной школы В.М.Иевлева – Э.Е.Сона в течение более 50 лет в различных организациях в России и за рубежом: в МФТИ, ОИВТ РАН, КАИ, КФУ, ГНЦ им. М.В.Келдыша, ГРЦ им. В.П. Макеева, Плазменном центре МИТ (США), Каз. ГУ и Каз. ИЯФ. Проект является развитием направлений, созданных и развивающихся в научном коллективе и включает фундаментальные и прикладные исследования в обоснование и создание новых плазменных технологий на основе холодной неравновесной плазмы для контроля и управлениями плазмохимическми реакциями в объеме и для обработки материалов, разработку теории, комплексов программ численного моделирования, создание новых и модернизацию существующих научных стендов и промышленных установок. В проекте будут проведены экспериментальные исследования по использованию электрических разрядов в диспергированных средах для ускорения химических и плазмохимических реакций в двух- и трехфазных средах, использования в системах очистки загрязненных жидкостей и других целей. Предполагается проведение работ по созданию новых типов электрических разрядов для дезинфекции от COVID-19. Будут разработаны новые подходы описания и численного моделирования многофазной гидродинамики ламинарных и турбулентных течений в плазме на основе метода фазовых полей для турбулентных течений применительно к разрядам с жидкими электродами и диспергированными средами. Будут разработаны прикладные и коммерческие программы численного моделирования на кластерах и суперкомпьютерах. Будут разработаны плазменные методы обработки, диагностики и тестирования графитовых и тугоплавких материалов с применениями к высокоскоростным летательным аппаратам с меняющейся аэродинамической формой, будет создан стенд для теплофизических исследований теплообмена в высокоскоростных потоках с числами Маха от 2 до 6, будет развита экспериментальная база с малыми, киловаттного уровня до мощных, мегаваттного уровня плазмотронов, способных создавать температуры до 50 000°К с расширяющимися каналами для создания плазменных струй и их взаимодействия с твердыми и жидкими тугоплавкими и плавящимися поверхностями. Стенды будут оснащены современным оборудованием, включающим оптические спектральные, тепловые, скоростные PIV, LIF и другие измерения. Будет модифицирован экспериментальный стенд и разработаны пакеты программ для холловских плазменных ракетных двигателей, позволяющие решать ключевые физические проблемы для космических приложений. Создание новых устройств в настоящее время невозможно без применения аддитивных технологий, поэтому в данном проекте будет использована экспериментальная база КФУ для создания материалов и изделий, необходимых для разработки технологий и создания макетных и опытных образцов новых плазменных технологий.

Ожидаемые результаты
1. Экспериментальное и расчетно-теоретическое обоснование нового метода инициирования химических реакций в газовой фазе (плазменная объемная газохимия, CVR -Chemical Volume Reactions) и поверхностная модификация материалов на основе CVD (Chemical Vapour Deposition - химическое осаждение из газовой фазы) с использованием электронно-пучковой плазмы, создаваемой в сверхзвуковом потоке. Будут проведены экспериментальные исследования электронно-пучковой плазмы для обоснования технологий в газовой и дисперсной фазах в условиях сильной неравновесность, проведены расчетно-теоретические исследования и созданы комплексы программ расчетов функций распределения плазмы в электрических и магнитных полях, до- и сверхзвукового движения плазмы в реакторах на основе электронно-пучковой плазмы. обоснованы существующие и разработаны новые плазменные технологии на основе холодной многофазной неравновесной плазмы. 2. Теоретическое обоснование плазмохимического синтеза метанола и углеводородов строения С5-С7 из природного и попутного нефтяного газа посредством применения технологий на основе холодной неравновесной плазмы. 3. Разработка и создание экспериментальных установок, проведение численного моделирования по распространению электронного пучка в газе, методам вывода пучка в атмосферу, определение рабочей зоны реакций, описание метода и его основных технологических элементов (электронная пушка, сопловой блок и дополнительные инструменты). 4. Результаты исследования электрических разрядов в двухфазных газожидкостных средах, разрядов с жидкими электродами постоянного тока, СВЧ, спрей-разрядов и формулировка предложений по плазменным технологиям на их основе. 5. Результаты экспериментальных и расчетно-теоретических работ по вводу энергии в газожидкостную среду для инициирования химических реакций, происходящих на границе двух фаз – газовой и жидкой, в которых происходят химические реакции в объеме или на поверхности раздела фаз. 6. Создание теории и разработка программ численного моделирования плазменных фундаментальных и прикладных задач с многофазными разрядами с жидкими электродами и диспергированными средами методом фазовых полей для турбулентных течений с учётом электрических и магнитных полей на основе осредненных уравнений Навье-Стокса (RANS-Multiphase), методов крупных вихрей (LES-Multiphase ) и прямого численного моделирования (DNS-Multiphase). 7. Создание стенда для испытаний новых графитовых и тугоплавких материалов с применениями к высокоскоростным летательным аппаратам с меняющейся аэродинамической формой с числами Маха потока от 2 до 6, проведение численного моделирования поведения материалов в высокоскоростных потоках и сравнение экспериментальных и численных результатов, рекомендации по использованию новых материалов в ракетно-космической промышленности. 8. Получение композиционных металлических материалов аддитивного производства в плазменно-электролитных системах. Использование газовых разрядов с жидкими электродами для получения металлических порошков с заданным содержанием необходимых элементов, с требуемыми реологическими свойствами и дисперсным составом необходимым для технологии селективного сплавления. Разработка полимерно-порошковых композиций с различными неорганическими и органическими добавками для использования в процессах селективного лазерного спекания. Разработка металлонаполненных полимерных нитей для использования в аддитивной технологии FDM-печати, экспериментальное исследование и моделирование процессов сплавления новых материалов в SLM- и SLS-установках. Создание изделий для новых плазменных технологий. 9. Создание программ численного моделирования высокого уровня методами Particle in Cell и плазменных гидродинамических моделей и их реализация на кластерах и суперкомпьютерах для проектирования плазменных ракетных двигателей, их тестирование на экспериментальном стенде, использование разработанных методов численного моделирования в задачах разработки новых плазменных технологий. 10. Рекомендации по использованию результатов проекта в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ