Аспирант третьего года обучения Механико-математического факультета НГУ Степан Кармушин занял первое место в секции «Физика и астрономия» XI Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов. Финальный этап конкурса прошел 22–25 сентября в Нижнем Новгороде в рамках форума «Наука будущего — наука молодых».
— О конкурсе я узнал от друзей-аспирантов. В этом году подавал заявку впервые. На конкурс представил работу, которая объединяет результаты трех наших исследований по моделированию вязкоупругих жидкостей. Такой формат дает возможность показать взаимосвязь полученных результатов и получить оценку исследователей за пределами своего научного коллектива. Конкурс позволил представить их вместе и обсудить с экспертами, — делится Степан.
Степан представил работу «Моделирование нестационарных течений вязкоупругих жидкостей при помощи нелинейных гиперболических моделей».
— Она посвящена тому, как описать движение жидкостей, которые одновременно обладают вязкостью и упругостью. Такие свойства встречаются, например, у полимерных растворов и некоторых гелевых составов, используемых в технологических процессах. У таких жидкостей есть своего рода «память»: их реакция зависит от того, как их деформировали раньше.
Если резко изменить режим движения, напряжения внутри жидкости будут перестраиваться в течение некоторого времени. Кроме того, течение может стать неоднородным: возникают соседние слои, в которых жидкость сдвигается с разной интенсивностью. Это явление называют сдвиговым расслоением. Мы исследуем, как возникают такие структуры и как они влияют на поведение жидкости в целом. Для этого строим и изучаем математические модели, проводим расчеты и сопоставляем их с экспериментальными данными. Слово «гиперболические» в названии относится к типу уравнений. Для нас это существенно: такая структура уравнений позволяет использовать развитые методы описания распространения возмущений и резких переходов между различными состояниями течения, — объясняет Степан.
Конкурс проходил в два этапа. Сначала участники подавали научные работы на независимую экспертизу. В финал каждой секции прошли 36 человек, которые представили свои исследования очно. В этом году организаторы получили около 3,4 тысячи заявок из 81 региона России от представителей 537 образовательных и научных организаций. Работы оценивали по десяти научным направлениям.
На конкурс Степан представил результаты трёх исследований, объединив их в одну работу. На финальном этапе он рассказал об общем подходе к моделированию вязкоупругих жидкостей, результатах аналитических и численных исследований, а также сравнении расчётов с опубликованными экспериментальными данными.
— На защите я показал образование слоистой структуры течения, зависимость установившегося режима от предыстории и реакцию жидкости на изменение внешнего воздействия, — рассказывает Степан.
Одним из вопросов экспертов стало возможное практическое применение разработанных моделей. В качестве примера Степан рассказал о закачке геля при гидроразрыве пласта. Понимание внутренней структуры течения вязкоупругой жидкости и её изменений при разных условиях закачки может быть важно для моделирования таких технологических операций.
Исследование Степана выполняется в НГУ и Институте гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН под руководством доктора физико-математических наук, профессора РАН Сергея Валерьевича Головина. Работа над представленными на конкурсе результатами велась совместно с Валерием Юрьевичем Ляпидевским и Владимиром Валерьевичем Неверовым.
— Эту победу я связываю с нашей совместной научной работой. Благодарю моего научного руководителя Сергея Валерьевича Головина за руководство и поддержку. Особую благодарность хочу выразить Валерию Юрьевичу Ляпидевскому и Владимиру Валерьевичу Неверову за научное наставничество и совместную работу над исследованием.
Впечатления от форума остались самые положительные. Я познакомился со многими умными и мотивированными молодыми учеными. Мы рассказывали друг другу о своих исследованиях и обсуждали, в каких задачах могли бы сотрудничать. Когда общаешься с людьми, которые увлечены своей работой, появляются новые вопросы и идеи, на которые в привычном кругу коллег не всегда обращаешь внимание. Отдельно обсуждали меры поддержки молодых ученых и то, как ими воспользоваться. Было полезно обменяться информацией и услышать, как эти возможности видят коллеги из других научных коллективов. В программе форума этой теме тоже уделялось внимание: проходили дискуссии о поддержке науки и развитии научного потенциала молодых исследователей, — говорит Степан.
Полученные результаты планируют развивать дальше. Ближайшая задача исследователей — перейти от одномерных к двумерным моделям течений и учесть слабую сжимаемость жидкости. В перспективе подход может быть применен для моделирования закачки вязкоупругих составов, глушения скважин и гидроразрыва пласта.
— Простыми словами, это означает, что в модели будет допускаться небольшое изменение плотности жидкости под действием давления. Такой переход рассматриваем как способ построить многомерные модели с гиперболической структурой. Ее сохранение позволит продолжить работу с теми методами анализа и расчета волн и разрывов, которые мы используем в одномерных задачах. Дальше необходимо исследовать свойства полученных систем, определить условия их гиперболичности, разработать численные алгоритмы и проверить расчеты по экспериментальным данным. Прикладную перспективу вижу в моделировании закачки вязкоупругих составов, глушения скважин и ГРП. Здесь важно установить, в каких режимах подробный учет внутренней структуры жидкости действительно улучшает прогноз и где более простые модели уже не дают достаточной точности, — поясняет аспирант.
Для Степана участие в конкурсе стало возможностью получить внешнюю оценку своей научной работы и познакомиться с другими молодыми исследователями.
— Когда долго работаешь над одной темой, особенно полезна оценка специалистов, которые смотрят на нее со стороны. Признание на таком конкурсе дает больше уверенности в том, что выбранное направление заслуживает дальнейшего развития. Надеюсь, что знакомства на форуме получат продолжение в совместных исследованиях, — заключает победитель.
Поздравляем Степана и желаем дальнейших успехов в научно-исследовательской деятельности!
