Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН – первое научное учреждение новосибирского Академгородка, созданное его основателем академиком Михаилом Лаврентьевым. Сегодня он остается одним из ключевых центров исследований, где фундаментальная наука тесно связана с прикладными разработками и промышленными решениями. В этом смогли убедиться представители правительства Новосибирской области и журналисты во время пресс-тура в институт.
Гостям показали уникальные экспериментальные установки и рассказали о проектах, охватывающих широкий спектр задач – от моделирования процессов в звездах и мировом океане до разработки технологий для нефтяной, атомной и транспортной отраслей.
От Солнца до океана: как изучают вращающиеся жидкости
Фундаментальные исследования института связаны с изучением поведения вращающихся жидкостей – процессов, которые лежат в основе как космических, так и земных явлений.
Один из наглядных экспериментов – вращающийся цилиндр с водой, где с помощью красителей моделируются процессы, аналогичные атмосферным циркуляциям. Однако за такими демонстрациями стоят более сложные установки, позволяющие исследовать динамику потоков при контролируемых условиях.
«Большинство звезд – это, по большому счету, вращающаяся жидкость: плотность в небесном теле меняется с глубиной, а само оно вращается. Изучать это необходимо для понимания эволюции Солнечной системы», – отметил главный научный сотрудник института Евгений Ерманюк.
С помощью аналогичных установок ученые моделируют и процессы, происходящие в атмосфере Юпитера и даже на Солнце. В частности, речь идет о медленных волновых движениях, которые можно обнаружить только при многолетних наблюдениях.
Не менее важным направлением остаются исследования океана – одного из ключевых факторов, определяющих климат Земли.
«Океан – это гигантский тепловой резервуар, который очень медленно реагирует на изменения. Чтобы корректно смоделировать его поведение, требуется учитывать процессы на масштабах в тысячи лет, и здесь еще остается много неопределенности», – подчеркнул Ерманюк.
По его словам, понимание таких процессов необходимо не только для климатических прогнозов, но и для практических задач – например, анализа миграции рыбы или распределения температурных аномалий в мировом океане.
От модели к месторождению: как физика помогает добывать нефть
Следующий уровень – прикладные исследования. Один из ключевых проектов института связан с изучением гелевых жидкостей, используемых при добыче трудноизвлекаемой нефти методом гидроразрыва пласта (ГРП).
Гели играют важную роль в этом процессе: они помогают создавать трещины в породе и доставлять в них пропант – материал, удерживающий трещину открытой. От их свойств напрямую зависит эффективность добычи.
«Сейчас одна из основных задач – переход от гелей на основе гуара к синтетическим составам. Гуар – это импортное сырье, и его стоимость нестабильна. Но прежде чем внедрять новые материалы, нужно понять, как они ведут себя при высоких давлениях и температурах», – пояснил Евгений Ерманюк.
Для этого в институте создан специальный экспериментальный стенд, позволяющий моделировать процессы гидроразрыва. Полноценное воспроизведение таких условий в реальности потребовало бы установок длиной в километры, но компактная система дает сопоставимые по точности результаты.
«Наш стенд позволяет изучать поведение гелей и движение пропанта, а затем на основе этих данных строить математические модели, которые можно применять в реальных условиях», – добавил он.
Полученные результаты уже используются в рамках крупного проекта с участием «Газпромнефти» и НГУ, где создаются цифровые модели процессов добычи нефти.
От лаборатории к производству: технологии для промышленности
Еще одно направление работы института – создание конкретных технологических решений для промышленности. Этим занимается конструкторско-технологический филиал, где продолжаются традиции экспериментов с высокоскоростными и взрывными процессами.
Одним из ключевых проектов является разработка оборудования для станции «Быстропротекающие процессы» синхротронного комплекса СКИФ. Эта установка позволит изучать процессы, происходящие за миллионные доли секунды, включая детонацию и поведение материалов под ударными нагрузками.
Параллельно в институте создаются и уже применяются технологии для промышленности. Например, оборудование для упрочнения железнодорожных рельсов с помощью взрывного воздействия.
«При мощном импульсном воздействии верхний слой стали как бы проковывается: его твердость резко возрастает, а сердцевина остается вязкой. В результате рельс становится прочным, но не хрупким», – рассказал директор филиала Эдуард Прууэл.
Такие установки уже используются на предприятиях железнодорожной отрасли. Кроме того, в институте разрабатывается оборудование для переработки отработанного ядерного топлива и других задач атомной промышленности.
Впечатление на участников пресс-тура произвела и взрывная камера, способная выдерживать тысячи взрывов мощностью до 8 килограммов в тротиловом эквиваленте – один из ключевых элементов таких технологий.
Сергей Исаев. Фото автора
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии