МОЛОДЕЖНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК

В рамках метода функционала плотности проводится исследование распределения электронной плотности в металлических нанонитях простых металлов. Металлические нити моделируются бесконечными цилиндрическими нитями с плотностью фона, имеющей в цилиндрических координатах вид функции Хевисайда.На основе подхода, предложенного ранее [1], проводится расчет электронной плотности и построение потенциала в исследуемой модели с последующим нахождением основных характеристик металлов, таких как работа выхода, энергия Ферми, высота потенциального барьера.Целью настоящей работы было получение распределение электронной плотности и потенциала, создаваемого бесконечной прямолинейной металлической нитью, на основе полученной ранее методики.

Рассмотрены принцип действия и конструкция свободнопоршневого двигателя Стирлинга.   Проанализированы характерные параметры таких двигателей и определены направления их дальнейшего развития. Значительный интерес представляет возможность серийного производства электрогенераторов средней мощности с модификацией двигателей Стирлинга под местное топливо. В качестве топлива могут использоваться: солнечная энергия, измельченный уголь, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Свободнопоршневые двигатели Стирлинга конструктивно просты, имеют длительный срок службы вследствие отсутствия трения, полностью герметичны, что позволяет обеспечивать работу в вакууме и делает их незаменимыми в космических технологиях и подводных аппаратах.

В статье рассматриваются структура и параметры турбулентных пограничных слоев и два основных подхода к описанию турбулентного течения – классический и статистический. Кратко изложены некоторые важные результаты этих теорий, и на их фоне подчеркивается перспективность нового направления статистической теории – изучения неизотропной турбулентности. Приводится несколько результатов теории неизотропной турбулентности, ее моделей, основанных на представлении потока как набора парных вихрей. Подчеркивается наличие множества нерешенных вопросов и слабо изученных направлений, а также факторов, препятствующих исследованию турбулентных течений.

Рассмотрены теоретический цикл и модель двигателя «Флюидайн». Двигатель «Флюидайн» – разновидность двигателя Стирлинга в котором вместо обычного твердого поршня используется «жидкий», то есть само рабочее тело является тем самым преобразователем тепловой энергии. Представлено сравнение «сухого» и «мокрого» типов. Выполнены оценки коэффициентов полезного действия по температуре и по энтальпии. Более сложный сухой тип двигателя оказывается более производительным, хотя и требует подвод большего количества теплоты и повышенной температуры в горячем цилиндре. В тоже время мокрый тип двигателя позволяет работать при более низких температурах в горячем цилиндре и за счет парообразования способен создавать большее давление, чем сухой тип.

В данной работе была реализована полевая газодинамическая модель сжимаемой, вязкой, теплопроводной среды для прогнозирования пожаров в производственных помещениях. В трёхмерной постановке численно решалась система уравнений Навье-Стокса, с применением модифицированного метода «крупных частиц», для моделирования  газодинамических задач с источником энерговыделения [1]. Моделирование процессов горения выполнено с помощью диффузионно-вихревой модели горения. На расчеты динамики пожара в стандартных помещениях уходит несколько недель, поэтому для решения данной задачи были  использованы неравномерные по пространству сетки. В ходе анализа расчётов на неравномерных сетках, было выяснено, что использование таких сеток для решения задач о распространении пожаров в реальных помещениях, значительно ускоряет время счета, но не может использоваться для сеток, минимальный размер ячеек которых является излишне грубым.

Проведен количественный и качественный рентгеновский фазовый анализ сплавов на основе Fe-Nd-B, легированных галлием, цирконием, кобальтом на разных этапах HDDR-процесса. Получено, что легирование этих сплавов кобальтом и цирконием стимулирует образование нежелательной фазы (Fe-Co)₂-Nd. Получено, что цирконий полностью распределяется в фазу ZrB₂. По рентгеновским данным определены среднеквадратичные смещения атомов неодима в фазе NdH₂. Смещения характеризуются анизотропией с максимальным значением по направлению типа [111] и минимальным значением по направлению типа [110]. По результатам анализа мессбауэровских спектров поглощения модельных аморфных сплавов FeB получено, что после отжига этих сплавов при температуре 350°Cформируются нанокластеры со структурой типа фазы Fe₃B.

На основании проведенных расчетов обоснована возможность создания высокоэффективной системы охлаждения с использованием элемента Пельтье, которая снизит температуру заданного небольшого физического объекта до минус 40 ^оС.Приведены расчеты параметров как самой ячейки Пельтье, так и системы отведения тепла от горячей поверхности.Подробно рассмотрены все этапы проектирования. Произведена сборка установки на основе комплектующих, выбранных в соответствии с расчетами. Результаты тестирования установки по охлаждению объектов до расчетных температур подтвердили ее эффективность.     

В данной статье рассматривается применение чирпированных брэгговских решеток (ЧБР) в методе усиления чирпированных лазерных импульсов в качестве стретчеров и компрессоров. Решается одномерная задача на отражение гауссового волнового пакета от слоистой среды методом матрицы переноса излучения (transfer-matrixmethod). Рассматриваются недостатки простейшей ЧБР, а также методы устранения искажений ее частотной характеристики. Приведены результаты применения данных методов.

Цель работы — изучить влияние теплового излучения на ускорение пламени и ПГД (переход горения в детонацию) в газовзвеси (газ с взвешенными химически нейтральными твёрдыми частицами). Актуальность работы связана с проблемами предупреждения взрывов (например, на промышленных предприятиях и в шахтах). Новизна работы заключается в определении влияния, которое оказывает тепловое излучение на ускорение пламени и ПГД в газовзвеси. Все расчёты выполнены методами прямого численного моделирования на базе программного комплекса, разработанного в ОИВТ РАН [1]. Программный комплекс был дополнен подпрограммами, учитывающими наличие твёрдых частиц в газовой среде и перенос энергии за счёт теплового излучения. Расчёты проводились для случая, когда концентрация твёрдых частиц одинакова по всей длине канала (равномерное распределение) и для неравномерного распределения, когда область высокой концентрации твёрдых частиц находится вдали от области поджига горючего газа. По результатам работы сделаны следующие выводы: 1) в случае равномерного распределения наблюдается увеличение скорости фронта пламени (до 20 %), однако детонация не возникает; 2) при неравномерном распределении, поглощение излучения в области высокой концентрации частиц приводит к возникновению детонации в случае линейного возрастания концентрации.

Работа посвящена разработке, изготовлению и исследованию демонстрационной установки по физике и химии на основе трансформатора Тесла.Созданное устройство состоит из трансформатора Тесла, замкнутой токопроводящей поверхности, озонового фильтра,  автоматизированной установки дистанционной демонстрации опытов, установки для регулировки взаимного расположения обмоток, мостового инвертора, интегральных драйверов и ШИМ-модулятора.Обеспечено автоматизированное производство множества демонстрационных опытов, питание установки безопасным напряжением, быстрая настройка системы на резонансную частоту, возможность регулировки интенсивности электромагнитного поля и модуляции выходного напряжения частотой звукового диапазона. В рамках данной работы были решены задачи обеспечения электромагнитной безопасности, защиты от выделяющегося озона. При проектировании блока управления был применён комплексный подход по обеспечению устойчивой работы управляющей схемы и защиты ее от тиристорного эффекта и эффекта Миллера. Моделирование трансформатора Тесла проведено на основе математического аппарата решений уравнений Максвелла для колебательного контура и для спирального резонатора. Также использованы системы LTSpice и INCA. Экспериментальные исследования с измерением параметров элетромагнитного поля и выходного напряжения проведены измерителями Narda NBM-520 и Phenix Technologies KVM100 соответственно.Универсальность, низкая стоимость, зрелищность и безопасность прибора позволяют использовать его в учебных целях для постановки множества опытов по физике и химии и популяризации технических  и естественнонаучных дисциплин.

Проведено исследование нормального и аномального эффекта Зеемана с использованием специализрованного программного обеспечения. Была оценена величина магнетона Бора.

Выполнено моделирование пропана, находящегося в наноразмерном канале под действием сдвиговой силы. Выполнено построение фазовой диаграммы свободного пропана в области жидкость-газ. Показано, что выполненная в данной работе реализация модели пропана находится в хорошем согласии, как с экспериментальными результатами, так и с более ранними работами по этой тематике. Выполнено построение зависимости скорости центра масс пропана от значения прикладываемой сдвиговой силы, как для температур выше, так и ниже критической температуры свободного пропана. 

Рассматривается движение броуновского осциллятора в вязкой безграничной среде при степенной зависимости ядра интегрального оператора, который описывает силу сопротивления действующую на частицу. Показано, что использование интегральных операторов точнее описывает поведение осциллятора при учете увлечения им частиц среды, а также в случае флуктуирующего кинетического коэффициента трения. Найдены спектральные характеристики флуктуаций координаты осциллятора при учете различных значений степени ядра интегрального оператора, размеров частиц и кинетического коэффициента сопротивления. Показано, что учет увлечения броуновской частицей окружающих ее частиц жидкости приводит к увеличению «эффективной» массы частицы и, вследствие этого, более длительному промежутку времени для прохождения некоторого пространственного интервала по сравнению с классической броуновской частицей.

Рассмотрено явление саморепродукции двумерной периодической решетки при освещении ее параллельным пучком когерентного излучения (эффект Талбота). Проведен теоретический анализ этого явления и выполнено экспериментальное исследование с использованием полупроводникового лазера и двумерной решетки с периодом d=0,33мм. 

В работе решена задача теоретического и экспериментального исследования резонансных глобулярных фотонных кристаллов на примере опаловых матриц, заполненных наночастицами Al₂O₃:Cr³⁺. Объектом исследования являлись искусственные опалы, с диаметрами глобул 200 нм при заполнении малыми концентрациями хрома. Присутствие ионов хрома приводило к резонансу диэлектрической проницаемости нанокомпозитной среды на длине волны 694,3 нм.

Статья посвящена исследованию спектров поглощения, люминесценции и лазерного излучения. На собранной нами лабораторной установке с ячейкой Пельтье, находящейся  под управлением модульно-измерительной платформы PXI, были проведены опыты по охлаждению полупроводниковых диодов с длиной волны излучения 650 и 808 нм. С помощью спектрофотометра исследована зависимость спектральной характеристики излучений этих лазеров от температуры. Установлена температура 19,3 °С исследуемого  лазера 808, при которой спектр излучения диода совпадает со спектром поглощения иттрий-алюминиевого граната с неодимом. Измерения были проведены на PXI в программах, написанных нами в среде LabView. Обработанные данные представлены в наглядном виде и выводятся в режиме реального времени. Установка имеет интуитивно понятное управление, что обусловливает ее применение в лабораторном практикуме на кафедре «Физики».

В работе решена проблема вычисления параметров вакуумного регулятора.  Вакуумный регулятор с предохранительным клапаном – дросселирующее устройство предназначено для регулирования и поддержания заданного давления  газа.  В хлораторе вакуумный регулятор помимо главной функции дросселя хлоргаза выполняет функцию предохранительного клапана, ограничивая давление после себя.  Использование устройства, повышает надежность работы хлоратора, защищает дозирующую систему от утечек хлора и обеспечивает точность дозирования хлора.  В работе представлена модель вакуумного регулятора,  описана его работа, и принципы расчета всех узлов клапана. 

В статье получены оценки ларморовских радиусов заряженных продуктов термоядерной реакции, соответствующие величинам магнитного поля, характерным для режимов магнитно-инерциального термоядерного синтеза (МИТС). Показано, что под действием сильного магнитного поля большая часть заряженных продуктов реакции практически всё время остаётся в мишени и отдаёт ей значительную долю своей энергии. Приведены критерии зажигания (магнитно-инерциальные критерии Лоусона) для замагниченных сферических и цилиндрических мишеней. Получены оценки требующейся для зажигания термоядерной реакции энергии и мощности. Показано, что рабочие  режимы МИТС лежат в области сравнительно малых значений параметра ρ R ( r R - оптическая толщина сжатого топлива, T – температура плазмы), что приводят к практически десятикратному снижению требований к энергии и мощности источника нагрева.

В работе рассмотрены пути решения проблем, связанных с разработкой основ технологии создания высокоэффективных термофотоэлектрических преобразователей (ТФЭП) энергии на подложках из выращиваемых из расплава высокооднородных монокристаллов GaSb методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Решены задачи характеризации основных параметров ТФЭП.