О НАУЧНОМ ПРОЕКТЕ:

• Название проекта:

  Экспериментальное исследование турбулентных потоков эластовязкопластичных жидкостей в цилиндрической трубе

• Цель проекта: Этот проект направлен на экспериментальное исследование турбулентных потоков эластовязкопластичных жидкостей, в частности растворов Карбопола, внутри цилиндрической трубы, уделяя особое внимание реологическим эффектам, характеристикам турбулентности и обоснованности законов масштабирования, управляющих механизмами передачи энергии.
• Задачи:

Проведение экспериментальных исследований течения в трубе, характеристика реологических свойств Карбопола и влияние числа Рейнольдса. Эта задача основана на экспериментах с использованием 0,1%-ного и 0,15%-ного растворов Карбопола в прозрачной цилиндрической пробирке. Основная идея заключается в анализе профилей средней скорости при различных концентрациях Карбопола и числах Рейнольдса. С помощью всесторонних экспериментов выяснить, как реологические свойства Карбопола влияют на характеристики турбулентного потока, с особым акцентом на понимание изменений напряжений Рейнольдса, вызванных этими растворами. Эта цель способствует установлению фундаментального понимания того, как реологические свойства Карбопола взаимодействуют с числами Рейнольдса. Проведение спектрального анализа мощности флуктуаций скорости. Эта задача предполагает использование передовых методов измерения, таких как 3D PIV и LDA, для фиксации и анализа изменений скорости. Изучая спектры мощности этих флуктуаций, необходимо выявить и понять механизмы передачи энергии от больших масштабов к малым в турбулентном потоке растворов Карбопола. Эта задача состоит в том, чтобы определить, соответствует ли наблюдаемое образование накипи предлагаемому показателю -2/3 или же реологические свойства Карбопола претерпевают изменения. Эта цель способствует детальному изучению спектральных характеристик флуктуаций скорости, позволяя нам получить представление об уникальных особенностях распределения энергии. Статистический анализ флуктуаций скорости. Проведение комплексного статистического анализа флуктуаций скорости в турбулентном потоке растворов Карбопола. Изучая закономерности и тенденции, требуется выявить влияние концентрации Карбопола и числа Рейнольдса на статистическое распределение флуктуаций скорости. Задача состоит в изучении различных факторов и их влияния на неоднородность упруговязкопластичных жидкостей, характеризующихся вероятностью экстремальных явлений, таких как локализованные области с высокой скоростью потока или высокой диссипацией энергии. Теоретическое обоснование исследуемой проблемы и численное моделирование. Эта задача направлена на разработку теоретической основы для понимания перехода от ламинарного течения к турбулентному в упруговязкопластичных жидкостях. Основная часть — численное моделирование, дополняющее экспериментальные данные, обеспечивающее дополнительное понимание турбулентного поведения растворов Карбопола. Особое внимание будет уделено выяснению наблюдаемой асимметрии в профилях осевой скорости при переходе к турбулентности. Сочетая теоретический и численный подходы, эта цель направлена на обеспечение глубокого и всестороннего понимания сложной динамики, связанной с турбулентными потоками.

Идея проекта: В современном Казахстане фундаментальные исследования в области физики, химии и математики сталкиваются с проблемами с точки зрения их глубины, количества и качества. Многочисленные проекты либо предлагают поверхностные решения, либо подтверждают успех исключительно практическими результатами, пренебрегая углубленным анализом. Такой сценарий препятствует эффективному обучению студентов и требует значительных инвестиций в научные разработки. Этот проект представляет собой фундаментальное исследование в области механики жидкости, направленное на понимание сложной динамики упруговязкопластичных жидкостей внутри цилиндрической трубы. Для этого было выбрано использование растворов Карбопол, позволяющих выяснить влияние реологии жидкости на характеристики турбулентности, уделяя особое внимание механизмам передачи энергии и обоснованности законов масштабирования. Благодаря комплексному подходу, включающему экспериментальные исследования, теоретическое моделирование и численное моделирование, исследование направлено на установление глубокого и всестороннего понимания сложной динамики, связанной с турбулентными потоками упруговязкопластичных жидкостей внутри цилиндрической трубы. Этот исследовательский проект направлен на изучение сложной динамики эластовязкопластичных жидкостей, в частности 0,1%-ных и 0,15%-ных растворов Карбопола, внутри прозрачной цилиндрической трубы. Путем проведения экспериментальных исследований, спектрального и статистического анализа и теоретического моделирования проект направлен на выяснение реологических эффектов растворов Карбопола на характеристики турбулентности. Основное внимание уделяется пониманию механизмов передачи энергии, обоснованности законов масштабирования и более широким последствиям для турбулентных потоков. Основной целью данного проекта является экспериментальное исследование турбулентных потоков эластовязкопластичных жидкостей, в частности 0,1%-ного и 0,15%-ного растворов Карбопола, внутри прозрачной цилиндрической трубы. Результаты проекта могут существенно повлиять на научно-технический потенциал. Разработанные инновационные методологии и теоретические основы внесут вклад в общую базу знаний в области гидродинамики. Это, в свою очередь, повышает конкурентоспособность научных организаций и исследовательских групп, способствуя формированию более активного научного сообщества. Влияние проекта распространяется и на персонал, предоставляя ученым передовые знания о поведении эластовязкопластичных жидкостей. Более того, практическая значимость результатов исследований имеет существенную ценность. Проект предполагает получение знаний, которые не только обогащают науку, но и легко применимы в различных отраслях промышленности. Новые методологии, подтвержденные экспериментальными и теоретическими подходами, прокладывают путь к усовершенствованным технологиям с потенциальной коммерциализацией. Степень готовности к применению подчеркивает актуальность проекта для решения неотложных социально-экономических задач и внесения вклада в научно-техническое развитие Республики Казахстан.

• Ожидаемые результаты:

Ожидаемые результаты исследования включают: 1) Публикация не менее 1 (одной) статьи и/или рецензии в рецензируемом научном журнале, индексируемом в расширенном Индексе научного цитирования, попадающем в первый квартиль по импакт-фактору в базе данных Web of Science и/или имеющем процентиль цитируемости в Scopus не менее 90. Рассматривается возможность публикации результатов исследования в следующих или аналогичных журналах: Scopus/Web of Science: «Journal of Fluid Mechanics» (Percentile: 79-92%, Quartile: Q1), «Physics of Fluids»(Percentile: 78-87%, Quartile: Q1), «Annual Review of Fluid Mechanics» (Percentile: 99%, Quartile: Q1), «Experiments in Fluids» (Percentile: 70-84%, Quartile: Q1), «Journal of Rheology» (Percentile: 75-84%, Quartile: Q1-Q2). 2) В целях популяризации научных знаний, распространения информации о результатах и улучшения перспектив внедрения и коммерциализации на сайте организации будет создана специальная веб-страница. Кроме того, результаты исследований будут представлены на соответствующих конференциях. 3) Разработанные результаты будут доступны физическим и юридическим лицам, заинтересованным в результатах проекта, что будет способствовать доступности и распространению знаний без ограничений посредством патентов. 4) Проект будет включать комплексную разработку научно-технической проектной документации, обеспечивающей подробную основу для экспериментальных исследований, теоретического моделирования и численного моделирования. Эта документация будет служить важным справочным материалом, охватывающим методологии, протоколы и параметры, необходимые для достижения целей проекта. Он направлен на оптимизацию исследовательского процесса, обеспечение методологической последовательности и содействие эффективному доведению результатов проекта до более широкой аудитории. Документация станет краеугольным камнем как для внутреннего управления проектом, так и для потенциального внешнего сотрудничества, способствуя общему успеху и результативности исследовательской работы. 5) Распространение результатов проекта будет многогранным мероприятием, ориентированным на различные аудитории для максимального воздействия. В частности, результаты будут распространены среди потенциальных пользователей, научного сообщества и широкой общественности по нескольким каналам. Это включает в себя создание специальной веб-страницы проекта на сайте организации, служащей доступной платформой для обмена подробной информацией, обновлениями и соответствующими ресурсами. Кроме того, результаты будут активно представлены на конференциях, вовлекая научное сообщество в дискуссии, собирая отзывы и внося свой вклад в более широкий научный дискурс. Команда проекта также изучит возможности публикации результатов в авторитетных научных журналах, гарантируя, что работа будет доступна исследователям и практикам в данной области. Кроме того, будут предприняты усилия по распространению ключевых идей способом, подходящим для широкой общественности, возможно, посредством пресс-релизов, научно-популярных статей или публичных выступлений. Этот подход направлен на повышение осведомленности общественности, содействие пониманию и демонстрацию социальной значимости результатов проекта. С помощью этих согласованных стратегий распространения проект намерен охватить широкий круг заинтересованных сторон и принести им пользу. 6) Проект предусматривает несколько измеримых результатов, согласованных с требованиями тендера и спецификой проекта. Во-первых, разработка инновационных методологий и теоретических основ принесет пользу исследователям, преподавателям и практикам в области гидродинамики и смежных областях, способствуя прогрессу в научных знаниях и технологическом применении. Во-вторых, проект направлен на то, чтобы повлиять на развитие основного научного направления, способствуя новому пониманию поведения эластовязкопластичных жидкостей с потенциальным применением в таких отраслях, как энергетика, медицина и производство. Полученные научные результаты многообещающи для коммерциализации, особенно в отраслях, имеющих дело со сложными жидкостными системами. Новые методологии и экспериментальные результаты могут привести к разработке усовершенствованных технологий и процессов, повышению эффективности и устойчивости. Ожидается, что с социально-экономической точки зрения результаты проекта окажут положительное влияние за счет решения проблем гидродинамики, что потенциально приведет к более эффективным и экологически чистым процессам. Это может быть особенно актуально в регионах страны, сталкивающихся с конкретными проблемами, связанными с жидкостью. В целом, проект направлен на получение целого ряда прямых и косвенных результатов, включая расширение научных знаний, потенциальные технологические инновации и положительные социально-экономические и экологические последствия. Ожидается, что эти результаты будут способствовать решению региональных проблем и более широкому развитию научных и технических областей.