Физика текучих сред и материлов в невесомости
Смотреть графическую схему проекта 6

Руководители подпроекта

• Bernard Roux [Франция]

Список научных направлений

Лаборатория численного моделирования процессов (L3M), UMP6181 CNRS - Университет Поль Сезанн Марселя, координирует совместно с Научной Школой гидродинамики (Пермь), несколько европейских проектов в комической области, в частности, с июня 2001 года в рамках группы теоретической поддержки программы "Вибрационная динамика и контроль" Европейского космического агенства в рамках использования космической международной станции. Она также участвует уже более 10 лет в сотрудничестве с гидродинамической школой (Пермь) в программе по изучению сплошных сред при микрогравитации.

Эти исследования дают необходимую теоретическую и количественную поддержку большому числу экспериментов, проведенных в условиях микрогравитации (международная космическая станция, автоматические спутники типа Фотон, ракеты зонды) или в специальных системах в земных условиях, которые создаются путем магнитной компенсации гравитационного поля (микрогравитация). Основы создания микрогравитации были развиты в центре ядерных исследований в Гренобле (DRFMC) и в INPL Нанси (Лаборатория окружающей среды и минералургии, LEM, UMP, CNRS - INPL). Несколько французских лабораторий являются партнерами в изучении этих проблем.

Описание подпрограммы

(а) Получение материалов из расплавов и растворов, комплексная гидродинамика и контроль

Намеченные (исследования) в частности касаются производства материалов из насыщенных растворов. Речь идет об изучении возможностей гидродинамического контроля расплавленных элементов во время различных процессов производства материалов (монокристаллы) при управляемом затвердевании (кристаллизации) (форма фронта кристаллизации, морфологическая нестабильность, макросегрегация, микросегрегация и т.д.). Этот гидродинамический контроль имеет целью контролировать тепломассоперенос, чтобы оказывать действие на фронт кристаллизации. Мы интересуемся различными типами контроля: путем моночастотных вибраций (трансляционная или торсионная) и/или путем магнитного поля. Предполагаемые исследования состоят из моделирования явлений и в разработке соответствующих уравнений, описывающих тепломассоперенос, обычно в трехмерные и нестационарные.

• Контроль морфологической неустойчивости через вибрационные скручивания (поочередное вращение ампулы роста по отношению к ее оси) в случае прибора типа Бридгмана. Сотрудничество L2MP - Marseille
  
• вибрационная конвекция в приборе типа плавающей зоны, опыт на Maxus 6 (ракета зонд); влияние высокочастотных вибраций на уменьшение термокапилярного потока в микрогравитации, расплавленные металлы и полупроводники (незначительное число Prandt: Pr=0.01-0.1), опят, подготовленный коллегами Фрайбургского института кристаллографии, поддержку оказывает Европейское космическе агенство, сотрудничество с Фрайбургом.
  
• влияние вибраций на измерение коэффицента термодиффузии (Soret) и диффузии в сплавах (партнеры, J.C.L. Legros, Исследовательский центр по микрогравитации, Свободный Университет (Брюссель).
  
• влияние вибраций на системы, близкие к критической точке; партнеры: Даниэль Бейсенс (ESEME - CEA) и Ив Гараво (Университет Бордо).
  
• поведение гранулированного рассеянного газа и образование кластеров при вибрации ( партнеры: Пьер Эвеск (Центральная парижская школа).

(b) Численное моделирование проблем спаренных течений и переходов, происходящих в окружающем пространстве, и/или исследование условий жизни во время космических полетов (включая условия жизни на лунной станции, например)

Исследование и расширение сотрудничества: численное моделирование проблем перехода потока и тепла, влаги и разных (элементов, а именно СО2) в обитаемом космическом модуле и/или в космической теплице, то есть в средах пониженной гравитации (орбитальная система, лунная база и т.д.) с усиленной вентиляцией, переносом тепла путем излучения, испарения (конденсации и т.д.)

Применение: контроль окружающей среды, используюя усиленную оптимальную вентиляцию, распределение кислорода, температуры и влаги в таком жилом объекте или в космической оранжерее.

Применение: изучение микроорганизмов: связь между гидродинамикой и ростом микроорганизмов, связанного с температурой и влагой: профилактика и управление рисками инфекций (через воздух и/или через воду) на борту космического или лунного аппарата.

(с) Высокоточные численные расчеты

Сложность изучаемых проблем (нестационарные трехмерные движения, спаренный переносы: тепловой и жидкий), также требует привлечения техники для проведения высокоточных расчетов в решении уравнений, описывающих физико-химические явления в жидких фазах.

Рассматриваются два пути изучения:

• численный анализ, в частности, параллельные алгомитрические расчеты,
  
• выбор архитектур (основ) платформ параллельных вычислений: расчет на кластерах, сетки расчета, позволяющае совместное использование несколько платформ, находящихся на расстоянии.

(d) Использование систем магнитной компенсации для создания условий микрогравитации.

Магнитная компенсация силы тяжести - это новая технология, изученная во Франции при партнерстве CEA - DRPMC - SВТ Гренобль и лаборатории "Окружающая среда - минералогия LEM, UMR7569 CNRS - INPL". Устройства магнитной компенсации используются, чтобы изучать поведение космических объектов в земных условиях.

В рамках проекта ARCUS совместно с российскими коллегами (в настоящее время партнерства не существует) будут проводиться исследования по изучению гранулированных сред в невесомости.