​​Революционную технологию отведения тепла разработали сотрудники Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН. Идея родилась и получила развитие в так называемой молодежной лаборатории - уникальной институтской структуре, где именитые ученые трудятся рука об руку с талантливой молодежью.

Олег Александрович Кабов заведующий лабораторией интенсификации процессов теплообмена Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН.

Самые первые молодежные лаборатории были созданы в конце 80‑х годов благодаря инициативе академика Владимира Елиферьевича Накорякова, который в то время являлся директором Института теплофизики. Это был неординарный, гениальный человек с новаторскими идеями. Я помню, как он собрал всех молодых сотрудников и сказал, что желающие возглавить лабораторию могут подавать заявки. Никто не спешил проявлять инициативу, все не то что боялись, даже не верили, что такое в принципе возможно. Но Борис Григорьевич Покусаев - ученик Владимира Накорякова - сказал мне: "Если ты чувствуешь в себе силы, надо обязательно браться!" Тогда я написал небольшую записочку, в которой указал количество человек, согласившихся со мной работать, и выбранную нами сферу исследований - "Интенсификация процессов теплообмена". На этом же листочке Накоряков потом подписал: "... и охлаждения электронного оборудования. Утвердить". Это было чрезвычайно прозорливо для того времени, ведь сейчас охлаждение электронного оборудования - тема особо актуальная. Таким образом, у Института теплофизики им. Кутателадзе СО РАН появилось целых три молодежных лаборатории: одну из которых возглавил академик (впоследствии) Михаил Рудольфович Предтеченский, автор первой и пока единственной в мире промышленной технологии синтеза одностенных углеродных нанотрубок, на основе которой создано производство компании OCSiAl, контролирующей 90% мирового рынка в этом сегменте. Заведующим второй лаборатории стал я, а третьей - профессор (впоследствии) Сергей Андреевич Новопашин.

Благодаря успехам молодых команд институт теплофизики вышел на глобальный уровень сотрудничества. Владимир Елиферьевич настоял, чтобы мы все выучили английский язык. Ведь мало получить результаты в стенах лаборатории, их еще нужно активно продвигать, причем не только в России, но и за рубежом. Конечно, для нас, как и для всех, 90‑е годы были непростыми, но в 1995 году мы выиграли вместе с членом-корреспондентом РАН Владиславом Васильевичем Пухначевым свой первый международный проект у NASA - это был конкурс идей для будущих экспериментов на МКС. Наше первое открытие заключалось в следующем: для охлаждения электроники мы использовали тонкие стекающие пленки, которые нагревали от локальных источников тепла. На границе жидкости благодаря термокапиллярным силам, останавливающим пленку, формировался красивый ровный горизонтальный валик по ширине всего нагревателя. Но при продолжении нагрева вал терял устойчивость, и строго на определенном расстоянии из него начинали истекать струйки. Этот эффект взбудоражил и заинтересовал большое количество ученых, т. к. является новым типом гидродинамической неустойчивости, которых в природе не так уж и много. Свой первый доклад на международной конференции я сделал в Дубровнике в 1989 году, и с этого началось наше сотрудничество с Китаем, Америкой, Германией, Италией и Японией. В 1991 году молодые ученые института теплофизики организовали международный семинар, который прошел крайне успешно. Поэтому в последующие годы мы стали часто приглашать к нам в институт зарубежных коллег из крупнейших мировых научных центров, писать с ними совместные статьи и проекты, вместе проводить исследования.

Работа крупными коллективами, объединяющими людей разных возрастов, - одно из преимуществ отечественной науки. В то время как Европа и Америка делают ставку на индивидуализм и мобильность, Россия гордится своими школами и преемственностью поколений. Например, в Америке примерно половина науки делается студентами и аспирантами - по сути начинающими учеными, которым пока еще сложно претендовать на основательность и глубину. У нас же над развитием научного знания сообща трудятся студенты, аспиранты и зрелые ученые. Правда, молодежь больше настроена на то, чтобы взять уже существующую идею и осуществить ее на практике. Но это и понятно: всякая идея должна быть обоснована, всесторонне обдумана, обеспечена технологиями и финансами, тогда она уже принимает форму научной гипотезы, которую следует проверять на практике.

В лаборатории я часто генерирую идеи, Федор Роньшин больше думает о методиках и "железе", а Дмитрий Зайцев проверяет расчеты. Таким образом, мы все общаемся на равных, вместе растем и двигаем науку вперед.

Вячеслав Владимирович Чеверда заведующий молодежной лабораторией Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, кандидат физико-математических наук.

Все три лаборатории, созданные в 80‑х до сих пор активно работают. Но время идет, меняются поколения. Став директором Института теплофизики, академик Дмитрий Маркович Маркович решил повторить опыт Владимира Елиферьевича Накорякова и дал добро на организацию еще трех молодежных лабораторий. На роль заведующего одной из них выдвинули мою кандидатуру. Было решено передать под мою ответственность исследования, связанные с космической отраслью, ведь я участвовал в параболических полетах, был на стажировке в космическом центре в Бельгии и даже подавал заявку в отряд российских космонавтов, но не прошел по здоровью. Ученый совет поддержал меня, и я приступил к работе. Теперь никого не удивляет, что ученый, которому нет и тридцати, руководит лабораторией. Наши молодые сотрудники часто стажируются в заграничных исследовательских центрах, а также выигрывают международные гранты. Например, Дмитрий Зайцев участвовал в программе Европейского Союза по развитию научных исследований и технологий FP7 Framework Programs и получил грант Марии Кюри. А еще один талантливый сотрудник молодежной лаборатории - Федор Роньшин стал кандидатом физико-математических наук уже в 25 лет, причем таких как он, защитившихся до 26 лет, у нас четыре человека!

Федор Валерьевич Роньшин кандидат физико-математических наук, научный сотрудник молодежной лаборатории Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН.

Тема моей кандидатской диссертации родилась, когда я, еще будучи студентом, помогал организовывать исследования и опыты в процессе сотрудничества института теплофизики с Европейским космическим агентством. Этот опыт не пропал даром, сейчас я являюсь участником крупнейшего проекта по исследованию процессов кипения в условиях микрогравитации на МКС - эксперимента Multiscale Boiling. Он направлен на расширение научных знаний о процессе кипения. Недавно мне предложили год стажироваться в Марсельском университете, но Олег Александрович Кабов сказал, что отпустит меня максимум на полгода - в лаборатории много работы. (Смеется.)

Дмитрий Валерьевич Зайцев кандидат физикоматематических наук, старший научный сотрудник Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН

Около двадцати лет назад мы придумали новую технологию интенсивного охлаждения поверхности. Это весьма актуальная область исследований, ведь эффективные способы отведения высоких тепловых потоков необходимы в сфере микроэлектроники, космической отрасли, промышленности и науке, например, для охлаждения оптических частей синхротрона СКИФ, а также в ядерных реакторах. На данный момент распространены всего три способа интенсивного отведения тепла: кипение в микроканалах, спрейное охлаждение и микроструи. У каждого из них есть свои недостатки, поэтому мы решили придумать четвертый способ - охлаждение поверхностей путем использования стекающих тонких пленок. Такой способ был всем хорош - требовал малого расхода жидкости, был компактным, демонстрировал высокую интенсивность теплообмена, но имел и существенный недостаток: пленки стекали под действием гравитации, и никак нельзя было повлиять ни на скорость, ни на толщину их слоя. У Олега Александровича Кабова возникла идея поместить пленку в горизонтальный канал, через который будет прокачиваться газ, раскатывающий пленку. Таких исследований до нас никто не проводил, более того, в эту идею особо никто не верил. Многие ученые утверждали, что газ будет дестабилизровать пленку, поэтому не стоит даже тратить время на подобные эксперименты. Но Олег Александрович верил в свою идею. Когда мы запустили эксперимент, то обнаружили, что газ пленку, наоборот, стабилизирует глобально, что дает возможность в микроканалах самой малой высоты иметь расслоенный режим течения. Во время эксперимента мы достигли невероятных значений отведения тепла - 1 кВт с 1 см²! Это словно сжать кухонную плиту до размера 1 см² и полностью отвести ее тепловой поток. Чтобы разобраться в этом эффекте, мы стали изучать, что происходит с пленкой. Обычная скоростная камера не показывала каких-либо изменений, и только при скорости 700 000 кадров в секунду стал виден крайне интересный процесс: наша пленка разрывалась, и на ней формировалось до 200 000 микроскопических сухих пятен в секунду на 1 см², которые очень быстро схлопывались! У каждого сухого пятна есть так называемая линия контакта, в области которой наблюдается сверхинтенсивное испарение, так что наша пленка отводила огромные тепловые потоки. Это был прорыв!
Будущее электроники за трехмерными чипами, одна из главных причин сдерживания развития в этом​ направлении - невозможность их охлаждения. Наше открытие может помочь решить эту проблему, теперь мы можем прокачивать пленки в микроканалах между чипами. Если огромные дата-центры, которые сейчас занимают целые ангары, оснастить трехмерными чипами, то их можно будет разместить в обыкновенных шкафах - экономия колоссальная! Институт теплофизики провел всестороннее исследование охлаждения пленками жидкости, в том числе и в условиях микрогравитации: эксперимент был настолько прорывным, что в определенный момент наша техника перестала справляться с генерацией необходимого тепла, все нагреватели просто перегорали! Поэтому мы специально сделали нагреватель, который мог бы работать при 3,5 кВт с 1 см². В будущем мы ставим задачу отводить до 5 кВт с 1 см². А 6 кВт с 1 см² - это уже тепловой поток поверхности Солнца!

Источники

МЫ ЗНАЕМ, КАК ОХЛАДИТЬ СОЛНЦЕ!
LEADERS TODAY. С. 50-51., 19/05/2021

Похожие новости

  • 07/09/2016

    Дмитрий Маркович: будущее Института теплофизики СО РАН вижу весьма востребованным

    ​Без теплофизики не построить электростанцию и не отправить спутник на орбиту. Член-корр. РАН Дмитрий Маркович, замдиректора по науке Института теплофизики СО РАН, готов доказать государству и бизнесу - без науки ничего не получитсяБез знаний, которые дает теплофизика, нельзя построить электростанцию или отправить на орбиту космический аппарат.
    4650
  • 21/04/2021

    Космос бросает новые вызовы

    ​Будучи одним из ведущих центров по теории теплообмена и физической гидрогазодинамике, команда ИТ СО РАН создаёт в своих вакуумных установках собственную вселенную, осуществляет головокружительные полёты под эгидой Европейского космического агентства и открывает новую бесконечность в пузырьке воды, кипящей на МКС, строго по протоколу сибирских физиков.
    534
  • 23/05/2017

    В ИАиЭ СО РАН прошло обсуждение работы сотрудников Института теплофизики СО РАН, представленной на соискание премии Правительства РФ

    ​18 мая 2017 г. в конференц-зале Института автоматики и электрометрии СО РАН прошел семинар-общественное обсуждение работы "Разработка и внедрение оптических систем регистрации параметров рабочих процессов для повышения эффективности энергетических технологий", представленной Институтом теплофизики им.
    4023
  • 03/09/2017

    Дмитрий Маркович: Масштабы молодёжи нас устраивают

    ​2017 год стал для Института теплофизики СО РАН годом перемен — здесь впервые за 20 лет сменился директор. Коллектив одного из крупнейших академических институтов энергетического профиля России возглавил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович.
    3108
  • 18/08/2017

    Международный семинар по структуре пламени прошел в Новосибирске

    ​Огненный вихрь, или огненный дьявол - это не только герой компьютерной игры Heroes of the Storm, но еще и название экстремально сильных пожаров, характеризующихся большой высотой - до сотен метров - и огромной разрушающей способностью.
    2181
  • 11/08/2020

    Академгородок 2.0 – приобретения и потери: мнения экспертов

    Что удалось сделать для развития Новосибирского научного центра за последние годы и какие задачи остаются нерешенными? Три известных российских ученых инвентаризируют достижения и проблемы в статье, написанной для «Континента Сибирь»*.
    2043
  • 22/02/2019

    В Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН обсудили новейшие разработки для промышленности

    ​На круглом столе, организованном ИТ СО РАН совместно с департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска, представители науки и производства обсудили новейшие разработки института, а также вопросы и проблемы взаимовыгодного сотрудничества.
    1440
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7045
  • 25/06/2018

    «Глобальная энергия» - прекрасный пример признания крупными компаниями заслуг ученых

    "Глобальная энергия" была учреждена в 2002 году российскими акционерными обществами "Газпром", "ФСК ЕЭС" и "Сургутнефтегаз" по инициативе ряда ученых во главе с Нобелевским лауреатом, академиком Жоресом Алферовым.
    1012
  • 11/11/2019

    Стабильное развитие ведет к научным прорывам

    ​Догадываетесь ли вы, читатель, сколько применений у теплофизики? Малоэмиссионная камера сгорания необходима и в энергетике, и в авиации, от особенностей режима кипения зависит безопасность атомных электростанций, а интенсивный теплоотвод помогает сжижать природный газ.
    871