Анотація до роботи:

Акіньшин В.Д. Газодинаміка нерівноважних систем “розріджений газ - ядерна мембрана”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена дослідженню внеску взаємодії молекул розрідженого газу з поверхнею твердого тіла в макроскопічні характеристики плину газів через канали різної форми і розмірів, установленню взаємозв'язку між фізико-хімічними властивостями міжфазної границі і характером явищ переносу в нерівноважній системі газ–тверде тіло. Як додатки були розглянуті процеси переносу газів у пористих мембранах (ядерних фільтрах) і регулярних каналах.

Проведено термодинамічний аналіз переносу газових молекул у каналах мембран з урахуванням як теплової проникності їхніх бічних стінок, так і взаємодії фаз у єдиній системі “газ–адсорбат–мембрана”. Отримано відповідні матриці кінетичних коефіцієнтів. Аналізуються різні внески в коефіцієнти переносу при наявності локальної рівноваги в елементі довжини каналу.

На основі статистичного моделювання руху розріджених газів і їхніх сумішей у каналах отримані нові аналітичні та чисельні результати по відповідних кінетичних коефіцієнтах. Передбачені ефекти термічної поляризації плину газів у неоднорідному каналі й захоплення в системі “газ – адсорбат – мембрана”. Отримано аналітичні вирази для коефіцієнтів газотермічного руху газової суміші будь-якого розрідження в каналах при довільній частці дифузійного відбиття і неізотермічного плину газу в каналах різної довжини для моделі взаємодії газ–тверде тіло. Проведено чисельні розрахунки плоского неізотермічного руху однокомпонентного газу при довільних розрідженні та співвідношенні довжини каналу до його висоти з урахуванням теплової проникності бічної поверхні. Дано оцінку кінетичних коефіцієнтів руху газів в ультратонких каналах, діаметр яких порівняний з молекулярними розмірами.

Проведено аналіз отриманих експериментальних даних та їх порівняння з теоретичними результатами моделювання руху газів у каналах. Уперше для опису процесів переносу імпульсу й енергії в нерівноважній системі “газ–тверде тіло” при наявності адсорбата застосований квантово-кінетичний підхід до розсіювання газу поверхнею.

У дисертаційній роботі обґрунтовано науковий напрям у фізиці процесів у приладах і розвитку нових методів та методик експериментальних досліджень в галузі фізики, який полягає у визначенні фізичних механізмів процесів, що відбуваються на границі газ–тверде тіло, і встановленні закономірностей газодинамічних характеристик та мікроскопічних властивостей у нерівноважних системах “розріджений газ – ядерна мембрана”.

1. Досліджено внесок взаємодії молекул газу з поверхнею у газодинамічні характеристики ізотермічного і неізотермічного плину розрідженого газу в каналах різних форм і розмірів. Показано, що внесок переносу тангенціального імпульсу молекул при взаємодії газу з поверхнею значний, особливо для легких газів. Отриманий результат може бути використаний для розв’язання прикладних задач динаміки розрідженого газу в високовакуумних системах для створення новітніх технологій у приладобудуванні.

2. Розроблено теоретичну модель руху розріджених газів та їх сумішей в каналах різної форми і на її основі визначено аналітичні вирази і числові значення кінетичних коефіцієнтів. Це дозволяє значно підвищити точність визначення зведеної витрати через канали.

3. Отримано аналітичні вирази газодинамічної провідності каналів різної форми і матеріалів залежно від взаємодії молекул газу з поверхнею при ізотермічному і неізотермічному плині в широкому діапазоні чисел Кнудсена.

4. Проведено числові розрахунки плоского неізотермічного руху однокомпонентного газу при довільних розрідженні й відношенні довжини каналу до його висоти з урахуванням теплової проникності бокової поверхні. Отримані результати використовуються при розрахунках газової провідності у плоских каналах високовакуумних систем і можуть мати широке використання при розробці новітніх технологій у приладобудуванні.

5. Отримано аналітичні вирази для коефіцієнтів ізотермічного руху газової суміші довільного розрідження в каналах при різній частці дифузійно-відбитих молекул газу, які були покладені в основу розробки експериментальних установок для розподілу газових сумішей та ізотопів.

6. Експериментально показано, що внесок взаємодії молекул газу з поверхнею у величину термомолекулярної різниці тисків в основному визначається через пуазейлівський потік.

7. Експериментально отримано збільшення газопроникності ядерних мембран при їх навантаженні. Цей ефект важливий для розробки новітніх технологій у галузі термоядерного синтезу, ядерної енергетики (при поділі ядер урану в негерметичних ТВЕЛах гелієвих реакторів), імпульсної газової динаміки тощо.

8. При експериментальному розгляді руху газу через ядерні мембрани (короткі канали) показано, що

у неоднорідних за довжиною каналах виникають поперечні потоки тепла, що приводять до зміни енергетичного балансу (» 40 %) і температурної поляризації;

у випадку діаметрів каналу, співрозмірних з розмірами молекул досліджуваного газу чи довжиною вільного пробігу поверхневих фононів, з’являються потоки захоплення адсорбованих молекул газу;

отримано залежність коефіцієнтів акомодації молекул газу на поверхні короткого каналу від коефіцієнтів механо-калоричного потоку тепла і дифузійного ковзання у в’язкому режимі плину.

9. Визначено умови стабілізації й відновлення ядерних мембран з ефективним радіусом R = 1 7 нм, а також відпрацьовано технологічні режими одержання ядерних мембран вказаних розмірів. Такі ядерні фільтри дістають широке застосування в ядерній техніці, напівпровідниковій електроніці, при ідентифікації біологічних об’єктів, розподілі ізотопів, при створенні особливо чистих приміщень тощо.

10. Теоретично розв’язано задачу розсіювання газу поверхнею, основану на квантово-механічному підході, що дозволило обґрунтувати правомірність використання дифузно-дзеркальної схеми граничних умов Максвелла і відповідних коефіцієнтів акомодації й найбільш повно відображує істотні закономірності взаємодії газу з поверхнею твердого тіла.

Публікації автора:

1. Акіньшин В.Д. Статистичні методи розв’язання локальних і нелокальних задач у нерівноважній термодинаміці: Монографія. — Черкаси: БРАМА-ІСУЕП, 2000. — 204 с.

   Акіньшин В.Д. Кінетика релаксації розрідженого газу у відкритих фізичних системах: Монографія. — Черкаси: БРАМА-ІСУЕП, 2001. — 142 с.

   Кузнецов В.И., Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Акиньшин В.Д. Газодинамическое определение радиуса пор мембран сетчатого типа // Инж. физ. журнал (ИФЖ).—1983.— Т. XLV. — № 2. – С. 332-333.

   Шарипов Ф.М., Акиньшин В.Д., Селезнев В.Д. Тепломассоперенос газа в плоском канале конечной длины при произвольных числах Кнудсена // Тепломассообмен. – 1984. – Т. 1. – С. 165-169.

   Кузнецов В.И., Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Акиньшин В.Д. Цифровой диффузионный анализатор // Измерит. техника. — 1984. — № 7. — С. 64-65.

   Акиньшин В.Д., Породнов Б.Т., Селезнев В.Д., Сургучев В.В. Исследования газодинамической проницаемости сетчатого фильтра на Hе, Ar, Xe // Прикл. мех-ка техн. физ. (ПМТФ).—1984. — № 1.— С. 67-69.

   Шарипов Ф.М., Щепеткина Т.В., Акиньшин В.Д., Селезнев В.Д. К вопросу о неизотермическом течении газа в плоском конечном канале // Вопросы гидродинамики, аэрофизики и прикладной механики. — Москва: Межведомственный сборник МФТИ. – 1985. — С. 77-81.

   Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Кузнецов В.И., Акиньшин В.Д. Расчет аэродинамического газоанализатора мостикового типа на ядерной мембране // ИФЖ. — 1985. — Т.49. — № 4. — С. 688-689.

   Давыдов В.Б., Акиньшин В.Д. Расчет вероятности прохождения частиц через круглый канал с поглощающими стенками // ИФЖ. — 1987. — Т. 52. — № 4.—С. 580-584.

   Шарипов Ф.М., Акиньшин В.Д., Селезнев В.Д. Течение разреженного газа через тонкую щель // ИФЖ. — 1987. — Т. 53. — № 6. — С. 1026-1027.

   Шарипов Ф.М., Акиньшин В.Д. Симметрия кинетических коэффициентов в линейных задачах динамики разреженного газа // ИФЖ. — 1988. — Т. 55. — № 2. — С. 314-315.

   Акиньшин В.Д., Макаров В.И., Селезнев В.Д., Шарипов Ф.М. Течение разреженного газа в плоском канале конечной длины в широком диапазоне чисел Кнудсена // ПМТФ. — 1988. — № 1. — С.105-111.

   Шарипов Ф.М., Акиньшин В.Д., Селезнев В.Д. Соотношение взаимности Онзагера в задачах кинетической теории газов // ДАН СССР. – 1989. — Т. 305. — № 3. — С. 558-562.

   14. Sharipov F.M., Akinshin V.D., and Seleznev V.D. Onsager resipprociti relations and the Kinetic theory of gases // Journal “Mechanics” American Institute of Physics”. — New-York (USA). —1989. — Vol.02. — Р.224-226.

   15. Селезнев В.Д., Александричев И.П., Акиньшин В.Д. Многократность столкновений с поверхностью и нестационарное ядро рассеяния при отражении газа от твердого тела // Изв. АН СССР. Сер. физ. Поверхность (Физика, химия, механика). — 1990. — Т. 3. — С. 5-14.

   16. Акиньшин В.Д., Селезнев В.Д., Шарипов Ф.М. Неизотермическое движение разреженного газа через тонкую щель // Изв. АН СССР. Сер. физ. Механика жидкости и газа. – 1990. — Т. 1. — С. 171-175.

   17. Веретельник Т.И., Акиньшин В.Д. К вопросу об отличии термодиффузионного разделения от бародиффузионного // Вісник Житом. техн. ін-ту (ЖТІ). — 1993. — Т. 1. — С. 13-14

   18. Громов В.В., Набережнева Е.П., Акиньшин В.Д. Диффузия из источника с переменной концентрацией диффузанта // Журн. фіз. хімії (ЖФХ). — 1994. — Т. 68. — № 8. — С. 1525-1527.

   19. Акіньшин В.Д., Веретільник Т.І. Розв’язок задачі про релаксацію бінарних газових сумішей для дослідження перехресних ефектів у широкому діапазоні чисел Кнудсена // Вісник Черк. інж.-техн. ін-ту (ЧІТІ). – 1996. — Т. 1.— С. 6-13.

   20. Бикова О.В., Акіньшин В.Д. Аналітична методика визначення часу запізнення за стаціонарним вирішенням відповідних задач переносу // Експрес–новини: наука, техніка, виробництво. — 1997. — № 17-18. — С. 20-21.

   21. Акіньшин В.Д. Соломаха М.В. Алгоритм методу прямого статистичного моделювання // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. — 1997. — № 17-18. — С. 26-27.

   22. Акиньшин В.Д., Малыгин Г.О. Изменения вязкоупругих свойств пористых полимерных пленок в условиях нагружения // Вестник Херсон. гос. техн. универ. (ХГТУ). — 1998. — № 2. — С. 30-35.

   23. Акиньшин В.Д. Среднее время пребывания частиц в системе, время запаздывания и относительной утечки // Вестник ХГТУ. — 1998. — № 1.— С. 25-27.

   24. Акіньшин В.Д., Лавренко С.С. Дифузійна рухливість радіонуклідів у ґрунті // Вісник Черкаського державного університету. — 1999. — № 9. — С. 115-123.

   25. Частоколенко И.П., Акиньшин В.Д. Конвективная диффузия радиоактивной примеси // Научно-технический журнал “Ядерная и радиационная безопасность”. — 2000. — Т.3. — Выпуск 4. — С. 78-81.

   26. Способ анализа газовых смесей и устройство для его осуществления: А.с. 1128149 СССР, МКИ В 3(51) G 01 N 9/32/ Овчинников В.В., Кузнецов В.И., Селезнев В.Д., Акиньшин В.Д. (СССР). — № 3618509; Заявлено 11.07.83; Опубл. 07.12.84, Бюл. № 45. — 4 с.

   27. Тепловыделяющий элемент ядерного газоохлаждаемого реактора: А.с. 1134023 СССР, МКИ В (51) G 21 C 3/18/ Акиньшин В.Д., Богоявленский И.В., Воробьев М.А., Задворный А.С., Лаврук А.Г., Карнацевич Л.В., Коган В.С., Породнов Б.Т., Селезнев В.Д., Шабунин Г.П. (СССР). — № 3607577; Заявлено 22.06.83; Опубл. Не подлежит опубликованию в открытой печати. Зарегистр. 08.09.84.

   28. Тепловыделяющий элемент ядерного газоохлаждаемого реактора: А.с. 1208957 СССР, МКИ В (51) 4 G 21 C 3/18/ Карнаус А.И., Коган В.С., Слюсарь В.П., Воробьев М.А., Лаврук А.Г., Холомеев Г.А., Акиньшин В.Д., Породнов Б.Т., Селезнев В.Д. (СССР). — № 3689572; Заявлено 06.01.84; Опубл. 01.10.1985, Бюл. № 53. — 4 с.

   29. Кузнецов В.И., Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Акиньшин В.Д. Определение радиуса пор мембран сетчатого типа газодинамическим способом: Препр. / Об. инст. ядерн. исслед. (ОИЯИ), Дубна; 18-83-578. — 1983. — 4 с.

   30. Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Кузнецов В.И., Акиньшин В.Д. Расчет аэродинамического газоанализатора мостикового типа на ядерной мембране: Препр. / ОИЯИ, Дубна; 18-84-43. 1984. — 7 с.

   31. Овчинников В.В., Селезнев В.Д., Кузнецов В.И., Кравец Л.И., Акиньшин В.Д. Изменение размеров пор ядерных полиэтилентерефталатных мембран в высокоэластическом состоянии: Препр. / ОИЯИ, Дубна; Р18 – 87 – 637. – 1987. – 16 с.

   32. Akinshin V., Kalinin V., Kalinin E., Seleznev V. Flat of binary gas mixture at arbitrary rarefication // 13^th International Symp. on Rarefied Gas Dynamic (ISRGD). — Novosibirsk (Russia). — 1983. — Vol. 1. — P. 504 – 505.

   33. V.Seleznev, B.Porodnov, V.Akinshin, V.Surguchev and A.Tarin Separation of binary gas mixtures at their effusion throuch a capillary and a nuclear filter into vacuum // 14^th ISRGD. — New-York (USA). — 1984. — Vol.5. — Р.1341-1348.

   34. Akinshin V.D., Gapontsov V.L., Davidov V.B. Gas flow throunqh a tube of finite lienqth with recard to condensation effect on tale wall in free – molecular regime // Conference Proceedings “Aеrоtermodynamic”. — Stuttgart (Germany). — 1986. — Vol.1. — P.240-245.

   35. Akinshin V.D., Sharipov F.M., Seleznev V.D. Two-dimensional flow through a channel of finite length in a large range of Knudsen numbers // 15^th ISRGD. — Grado (Italy). — 1986. — Vol. 1. — P. 273-275.

   36. Акиньшин В.Д. Исследования течений с конденсацией // Труды IX Всесоюзн. конф. “Динамика разреженных газов”. — Т. 1. — Свердловск: УРГУ, 1987. —С.7-8.

   37. Акиньшин В.Д., Корякин А.М., Осинцев И.Е. Взаимодействие вязкого потока газа с преградой в условиях сильной конденсации // Труды IX Всесоюзн. конф. “Динамика разреженных газов”. — Т. 1. — Свердловск: УРГУ, 1987. — С.133-134.

   38. Seleznev V.D., Alexandrychev I.P., Akinshin V.D. The model of steady non – Maxwell desorption of atoms from Surfaces // 17^th ISRGD. — Cambridge (USA). — 1991. — № 1. — P. 1398-1405.

   39. Akinshin V.D., Veretilnik T.I. Investigation of Gas effection Binary Gas Mixtures in Qusistationary Approximation // 19^th ISRGD. — Oxford (England). — 1994. — Т. 1. – AP. 27.

   40. Соломаха Н.В., Акиньшин В.Д., Веретельник Т.И. Применение методов Монте-Карло для расчета перекрестных эффектов в газовых смесях // Труды Межд. конф. “Гидромеханика в инженерной практике”. — Т. 1. — К.: КПИ, 1996. — С. 59-61.

   41. Веретельник Т.И., Акиньшин В.Д. К теории тепло- и массопереноса многоатомного газа в каналах произвольной формы // Труды Межд. конф. “Сучасні технології в аерокосмічному комплексі”. – Т.1. — Житомир: ЖТИ, 1997. — С.103-104.

   42. Akinshin V.D., Maligin G.O. Separation of the binary gas mixture on the nuclear membrane // 20^th ISRGD. — China. — 1997. — Vol. 1. — P.975 –979.