Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В рамках проекта РНФ №18-71-00122 "Разработка вибрационных методов управления твердофазными включениями в вязкой жидкости" в первый год работы (30 июня 2018 г. – 30 июня 2019 г.) проведено систематическое исследование динамики твердых включений различной формы в полостях различной геометрии, заполненных вязкой несжимаемой жидкостью и совершающих высокочастотные колебания различного типа. 1. Экспериментально изучена вибрационная подъемная сила, действующая на одиночные твердые включения в форме эллиптических цилиндров в заполненном вязкой несжимаемой жидкостью прямоугольном контейнере, совершающем поступательные колебания: - в зависимости от относительной плотности и относительного размера тела, эксцентриситета эллиптического сечения цилиндра. Найдены зависимости вибрационной подъемной силы от расстояния между телом и стенкой при различных значениях: - безразмерной частоты вибраций; - безразмерной амплитуды колебаний тела. Результаты исследований обобщены на плоскости определяющих безразмерных параметров. С целью выяснения характера колебаний тела относительно полости проведена скоростная видеосъемка процесса с его последующей обработкой и анализом. Построены траектории осциллирующего движения эллиптического цилиндра относительно полости для его характерных режимов колебаний. 2. Детально исследована колебательная и осредненная динамика твердофазного одиночного включения в односвязном цилиндрическом слое с перегородкой, заполненном вязкой несжимаемой жидкостью и совершающем комбинированные поступательно-вращательные колебания. Эксперименты проведены в жидкостях различной вязкости при варьировании: - безразмерной частоты вибраций (в области низких, умеренных и высоких безразмерных частот); - характерного относительного размера и плотности тела. Результаты исследований обобщены на плоскости определяющих безразмерных параметров. 3. Продолжено углубленное экспериментальное исследование обнаруженного ранее парадоксального эффекта возбуждения азимутального перемещения тел вдоль границы слоя, получившего название «вибрационный водолаз» [Microgravity Sci. Technol. 2014. V. 26, №3. P. 171–178]. Исследования выполнены как с тяжелыми, так и с легкими цилиндрами. Выяснена природа тангенциальной подъемной силы, приводящей к возбуждению данного перемещения и обеспечивающей устойчивое квазистационарное состояние тела как на наклонном, так и на вертикальном участке цилиндрического слоя. Для выяснения природы взаимодействия тела с границами полости и характера его движения относительно кюветы проведена съемка вибрирующей полости при помощи скоростной видеокамеры. Получены траектории колебаний тела относительно стенок полости. 4. Начато поисковое экспериментальное исследование вибрационной динамики множественных круговых и эллиптических цилиндров в полости с жидкостью: - совершающей поступательные колебания; - совершающей комбинированные поступательно-вращательные осцилляции. Обнаружен ряд новых эффектов и явлений, требующих дальнейшего детального изучения. Исследования в данном направлении будут продолжены во второй год реализации Проекта. 5. Разработана, изготовлена и испытана новая экспериментальная установка (вибратор), способная обеспечивать как высокочастотные гармонические поступательные вибрации, так и вращательные колебания. Амплитуда и частота вибраций могут варьироваться в широких диапазонах. Высокая точность поддержания частоты вибраций в ходе экспериментов обеспечивается за счет стабильности вращающего момента мощного серводвигателя с обратной связью, управляемого при помощи серводрайвера стабилизированным источником тока. Экспериментальный стенд позволяет проводить исследования динамики твердых включений в полостях при различных типах вибрационного воздействия. 6. По результатам исследований по теме Проекта принято участие в работе 4 (четырех) конференций всероссийского и международного уровня с 6 (шестью) докладами (пять устных и один стендовый). 7. По результатам исследований первого года: - подготовлена и принята в печать статья в журнале, индексируемом в базе данных «РИНЦ»: Щипицын В.Д., Лебедева Г.М., Мавлютова Ю.Р. Вибрационная динамика неосесимметричного тела в жидкости при поступательных вибрациях // Конвективные течения… Перм. гос. пед. ун-т. Пермь, 2019. Вып. 9 (принята в печать); - подготовлена статья для опубликования в международном журнале, индексируемом в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (SCOPUS): V. Kozlov, A. Ivanova, V. Schipitsyn: Dynamics of a solid of nearly neutral buoyancy in cavity subjected to rotational vibrations // (Prepared for publication in journals indexed in WoS or SCOPUS) 8. Все научные результаты, полученные в рамках первого года выполнения Проекта, обладают большим прикладным потенциалом. Они демонстрируют возможность эффективного вибрационного управления многофазными системами в различных технологических процессах и, в дальнейшем, могут быть использованы для решения одной из важнейших экологических проблем рационального природопользования – разработки эффективных методов и технологий вибрационной очистки жидкостей от примесей.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В рамках Проекта РНФ №18-71-00122 "Разработка вибрационных методов управления твердофазными включениями в вязкой жидкости" во второй год работы (1 июля 2019 г. – 30 июня 2020 г.) продолжено систематическое исследование динамики твердых включений различной формы в полостях различной геометрии, заполненных вязкой несжимаемой жидкостью и совершающих высокочастотные колебания различного типа. 1. Проведена детальная систематизация, анализ и обобщение экспериментальных результатов, полученных в рамках первого года работы над Проектом. Статья, обобщающая результаты исследований (вибрационная динамика твердофазного одиночного включения в односвязном цилиндрическом слое с перегородкой, заполненном вязкой несжимаемой жидкостью, при комбинированных поступательно-вращательных вибрациях), опубликована в международном журнале Physics of Fluids (AIP Publishing), индексируемом в базах данных Web of Sciense и Scopus и входящем в первый квартиль (Q1): V. Schipitsyn and V. Kozlov, Dynamics of a solid of nearly neutral buoyancy in cavity subjected to rotational vibrations featured // Physics of Fluids, Volume 32, Issue 4, 044102 (2020); https://doi.org/10.1063/1.5145095. – (Q1). 2. Выполнено комплексное экспериментальное исследование особенностей поведения одиночного цилиндра эллиптического сечения вблизи твердой границы горизонтально расположенной цилиндрической полости, заполненной вязкой несжимаемой жидкостью, при вращательных колебаниях последней. Опыты выполнены при варьировании в широком диапазоне безразмерной частоты и амплитуды вибрационного воздействия, а также размера и относительной плотности тела. Обнаружен и исследован эффект вибрационного квазистационарного подвеса эллиптического цилиндра в поле силы тяжести вблизи вибрирующей границы полости на расстоянии, сравнимом с толщиной вязкого слоя Стокса. Все результаты экспериментов обобщены и согласованы на плоскости управляющих безразмерных комплексов. Получены траектории осциллирующего движения эллиптического цилиндра относительно полости для его характерных режимов колебаний посредством скоростной видеорегистрации процесса с последующей покадровой обработкой и анализом. С применением P.I.V. методики изучены структура и интенсивности течений, возбуждаемых внутри заполненной жидкостью полости. Проведены поисковые эксперименты по изучению вибрационной динамики нескольких цилиндров эллиптического сечения вблизи твердой границы колеблющейся полости. Обнаружено, что помимо взаимодействия тела с твердой стенкой вибрирующей полости происходит взаимодействие тел друг с другом. Статья, обобщающая результаты исследований по данному направлению, прошла рецензирование, принята к печати и будет опубликована в ближайшем выпуске в российском научном журнале «Письма в Журнал технической физики» (2020 год, том 46, выпуск 15), индексируемом в базе данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection), а переводная версия статьи будет одновременно опубликована в международном журнале "Applied Physics Letter", индексируемом в базе данных «Скопус» (SCOPUS): Щипицын В.Д. Колебания неосесимметричного цилиндра в заполненной жидкостью полости, совершающей вращательные осцилляции // Письма в ЖТФ, 2020, том 46, вып. 15. (принята к печати) 3. Выполнено поисковое экспериментальное исследование вибрационной динамики твердых тел других геометрических форм: кругового цилиндра со сферическим концом и эллипсоида вращения при вибрационном воздействии различного типа (при поступательном; поступательно-вращательном и вращательном). Для всех типов вибрационного воздействия, при повышении и понижении интенсивности вибрационного воздействия, обнаружены типичные характерные пороговые переходы тела вблизи границы вибрирующей полости. Показано, что характерное расстояние, на которое тело удаляется от стенки, сравнимо с величиной пограничного слоя Стокса. В экспериментах с круговым цилиндром со сферическим концом обнаружено, что его поведение качественно согласуется с вибрационной динамикой кругового и неосесимметричного эллиптического цилиндра в вибрирующих полостях с жидкостью. Вибрационная динамика эллипсоида вращения, в свою очередь, схожа с динамикой сферических тел в полости с жидкостью при вибрационном воздействии различного типа. Обнаружены новые экспериментальные эффекты и явления, глубокое понимание которых требует дальнейшего детального изучения. 4. По результатам исследований Проекта принято участие в работе 3-ех конференций всероссийского и международного уровня с 3-мя устными докладами по теме Проекта. Кроме того, будет принято участие в работе еще одной международной конференции с устным докладом, сроки проведения которой перенесены на более поздний срок в связи со сложной санитарно-эпидемиологической обстановкой в стране и в мире (пандемия коронавируса COVID-19). 5. Во второй год реализации Проекта подготовлены две статьи (одна - опубликована; вторая - принята к печати) в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) и «Скопус» (SCOPUS), что в полном объеме обеспечило выполнение намеченного на двухлетний период плана центральных научных публикаций; причем одна из публикаций входит в первый квартиль (Q1): 1. V. Schipitsyn and V. Kozlov, Dynamics of a solid of nearly neutral buoyancy in cavity subjected to rotational vibrations featured // Physics of Fluids, Volume 32, Issue 4, 044102 (2020); https://doi.org/10.1063/1.5145095. – (Q1). 2. Щипицын В.Д. Колебания неосесимметричного цилиндра в заполненной жидкостью полости, совершающей вращательные осцилляции // Письма в ЖТФ, 2020, том 46, вып. 15. (принята к печати). Переводная версия данной статьи будет одновременно опубликована в международном журнале "Applied Physics Letter", индексируемом в базе данных «Скопус» (SCOPUS). Кроме того, подготовлена целая серия публикаций в российских научных изданиях, индексируемых в базах данных РИНЦ. 6. Все научные результаты, полученные в рамках второго года выполнения Проекта, обладают большим прикладным потенциалом. Они демонстрируют возможность эффективного вибрационного управления многофазными системами в различных технологических процессах и, в дальнейшем, могут быть использованы для решения одной из важнейших экологических проблем рационального природопользования – разработки эффективных методов и технологий вибрационной очистки жидкостей от примесей.