«Умный город» стал у нас популярной темой. С ним сегодня связывается ближайшее светлое будущее, и в этом будущем, как мы знаем, ключевую роль будут играть многочисленные вычислительные устройства. Мы прекрасно наслышаны о вычислительной технике, об информационных технологиях, но очень редко в центре нашего внимания оказывается одна принципиально важная «начинка» таких систем, связанная с процессами теплообмена.
В принципе, на первый взгляд всё здесь выглядит просто. Любой процессор во время работы выделяет приличное количество тепла. Это тепло, грубо говоря, необходимо «снимать» и переносить. Иначе, как мы знаем, компьютер начнет «виснуть». Чем мощнее процессор, тем больше тепла он выделяет. Соответственно, необходимо грамотно решать задачу теплообмена. Решение этой задачи, ка как нетрудно догадаться, целиком находится в области компетенций специалистов по теплофизике. Чем грамотнее они решат задачу, тем надежнее будет работа электронных систем. А значит, «умный город» не даст нам повода для огорчений. Вот такая здесь связь. Как говорится, мал золотник, да дорог. Решение вопросов теплообмена, казалось бы, не ахти какая тема для пиара, и тем не менее, успешное вхождение в новый технологический уклад во многом зависит от того, насколько нам хватит компетенций в этой области знаний.
В нашей стране научно заниматься проблемой охлаждения электронного оборудования стали относительно недавно. Причем важно отметить, что в числе «первопроходцев» оказались и сотрудники Института теплофизики СО РАН. В этом году как раз исполняется 30 лет со дня основания в этом Институте лаборатории интенсификации процессов теплообмена. Напомню, что в те времена (в 1987 году) Советский Союз еще находился в состоянии «холодной войны» с Западом, и незадолго до этого американское руководство объявило программу так называемых «звездных войн». Программа требовала создания мощнейшего компьютера, где, как мы понимаем, также решалась проблема охлаждения процессора. Советский Союз должен был ответить на это своей аналогичной программой. Следовательно, нашим ученым необходимо было решить схожие задачи. Нетрудно догадаться, что новая лаборатория не могла быть в стороне от указанной темы.
Самое интересное, что на тему охлаждения электронного оборудования наших ученых натолкнули их американские коллеги.
По словам заведующего лабораторией - профессора Олега Кабова - буквально за несколько месяцев до ее создания в институт теплофизики приезжал выдающийся ученый Артур Берглес, который прочел здесь две замечательные лекции. «По интенсификации теплообмена он нас не удивил, поскольку мы сами занимались этими вопросами, а вот по охлаждению электронного оборудования он нам показал, по сути, новое направление», - вспоминает Олег Кабов.
Созданная тогда лаборатория до сих пор занимается этими проблемами. Все исследования – и тогда, и сейчас, - укладываются в одно принципиально важное направление – это высокоэффективные энергетические мини- и микросистемы со сверхвысоким тепловыделением.
По большому счету, за последние 30-40 лет сформировалось новое направление в самой энергетике, связанное с теплообменными мини- и микросистемами. В этом плане создание такой лаборатории было весьма прозорливым шагом со стороны тогдашнего руководства ИТ СО РАН. Как отметил Олег Кабов, по прогнозам экспертов, к 2030 году ожидается появление порядка 200 миллиардов таких систем, подключенных только к Интернету. «Предполагается, - говорит ученый, - что через 50-100 лет жизнь человека и общества будет контролироваться такими системами, иногда даже без нашей воли. Они будут контролировать человеческое тело, здоровье, питание. Уже сейчас такие системы являются совершенно необходимыми для электроники и микроэлектроники, для авиационной и космической техники, для гибридных автомобилей, для скоростного транспорта и для другого значительного количества устройств».
В этом смысле глобальной проблемой современной науки является проблема, связанная с поиском новых методов повышения энергоэффективности современных технологий. В том числе – с поиском новых методов интенсификации передачи тепла. Как заметил Олег Кабов, данная проблема остро стоит именно при создании новых высокоэффективных мини- и микросистем. Это во многом обусловлено очень высокими темпами развития электроники и микроэлектроники: чипы, светодиодная техника, лазеры, радары, конверторы, инверторы и прочее. Также необходимо учитывать глобальную миниатюризацию устройств в различных областях техники. Таких, например, как энергетика, автомобилестроение, транспорт, авиация, космическая индустрия, химическая промышленность, биотехнологии, медицина. По сути, охвачены практически все важнейшие сферы жизни.
Каковы успехи наших ученых на указанном направлении? Олег Кабов выделил тридцать важнейших результатов, полученных за тридцать лет существования лаборатории. На первом месте, как он считает, стоит открытие нового типа неустойчивости. Результат был получен в течение первых семи лет исследований. Открытие относится к физике жидкостей и имеет фундаментальный характер.
Данный тип неустойчивости, по словам Олега Кабова, никем до того не наблюдался и теоретически не предсказывался. Полученный результат вызвал очень широкий резонанс в международной общественности. К этим исследованиям подключилось порядка десяти групп исследователей – в России, в США, в Англии, в Бельгии, во Франции, в Болгарии. Открытое явление до конца еще не понятно, признался Олег Кабов, хотя оно прояснило многие принципиально важные процессы, связанные с теплообменом.
После этого наши ученые решили провести соответствующие исследования на более крупных нагревателях, чтобы обнаружить там схожие явления. Оказалось, что такой тип неустойчивости вообще характерен для многокомпонентных пленок жидкостей. Именно наши ученые впервые экспериментально зафиксировали данный тип явлений.
Возможно, неспециалисту подробная детализация здесь абсолютно ни о чем не говорит. Однако в любом случае очень важно упомянуть эти вещи - хотя бы только потому, что они показывают значение фундаментальных исследований для повседневной жизни. У нас на обывательском уровне нередко задают вопрос: «А что полезного делают наши ученые, а для чего нам содержать институты?» Пусть, мол, докажут пользу от своей работы. Лаборатория интенсификации процессов теплообмена в этом плане как никогда лучше показывает связь между теорией и практикой. Ведь надежность работы современной «умной техники» (без которой мы уже не в состоянии представить свою жизнь) во многом зависит от успеха этих «невидимых» и непонятных многим из нас исследований, имеющих (специально отмечаю) мировое значений.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии