Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?

в 16:35, , рубрики: fluid dynamics, механика жидкостей, Научно-популярное, физика, метки: , ,

Как показали комментарии к посту о гидродинамических расчётах на планшете, существует объективная необходимость популярного обзора гидродинамики как таковой. Сразу стоит сказать, что в один пост всё уложить вряд ли получится, и, по-видимому, предстоит создать небольшую серию публикаций.

Однако начну, пожалуй, с рассказа о научной школе гидродинамики, сложившейся в послевоенные годы в Перми. Сейчас эта школа широко известна по всему миру (естественно, в соответствующих кругах) своими огромными фундаментальными наработками в области устойчивости равновесия и течений жидкости в самых различных условиях — при наличии неоднородного нагрева (конвекция Рэлея-Бенара), концентрации растворённой в жидкости примеси (термодиффузионные эффекты, конвекция Марангони), воздействии на сосуд вибраций разного направления (вибрационная и термовибрационная конвекция), нахождении друг над другом двух слоёв несмешивающихся жидкостей, конвективных течениях в невесомости под действием микрогравитации, и многих других.

При этом сама жидкость может как свободно плескаться в сосуде (просто гидродинамика), так и просачиваться через губки, фильтры, горные породы (теория фильтрации) и др. Отдельная, не менее мощная, чем вся школа (но выросшая всё же из неё) группа исследователей располагается в Институте механики сплошных сред УрО РАН и занимается вопросами магнитной гидродинамики (например, течение расплавленного металла под влиянием магнитного поля, если в прикладном плане, или движение плазмы на масштабах от небольших экспериментальных установок до галактик и Вселенной), в том числе проводит натурное моделирование возникновения магнитного поля Земли (проблема динамо) на залитой жидким натрием установке, а также работает в области теории турбулентности. Волей судьбы автор текста, будучи аспирантом, и сам принадлежит к свежему поколению этой школы.

А тогда, в 1946 году, фактически ссыльный Георгий Андреевич Остроумов, учёный без степени, вступил на должность и.о. заведующего кафедрой общей физики тогда ещё Молотовского университета. Ссыльным он был потому, что в 1930-е гг. на волне репрессий сперва был вынужден покинуть Центральную радиолабораторию Треста заводов слабого тока и перебраться сперва в Научно-исследовательский Морской Институт Связи, затем в НИИ музыкальной промышленности, в 1935 г. по «приглашению» НКВД переехал в Саратов, в 1937 г. всё же был арестован и по 1943 г. провёл в лагерях (Беломорканал, Усольлаг). В 1943 г. был освобождён из Усольлага, но с оставлением там на работе, и наконец в 1945 г. командирован в распоряжение треста «Сталинуголь», откуда и попал в Молотовский университет.

Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Остроумов Г.А.

На фоне Войны и её окончания Университет продолжал работу, выпуская очень немного, но выпуская. Среди первых послевоенных выпускников оказался Григорий Зиновьевич Гершуни, будущий профессор кафедры теоретической физики, считающийся вторым после Остроумова основателем Гидродинамической школы. О нём будет рассказано попозже. По окончании реорганизации факультета, Г.А. Остроумов решил всё же защитить кандидатскую диссертацию, первоначально планируя использовать материалы, полученные во время работы на «Сталинуголь». Однако в январе 1946 г. на физическом семинаре прозвучало сообщение об аномальном распределении температуры в нефтяной скважине в районе г. Краснокамск, которое и заинтересовало Георгия Андреевича. Он догадался, что аномалия вызвана конвекцией жидкости.

Сперва он подготовил и провёл эксперимент — модель скважины из стеклянной бюретки, снабженную системой термопар. В нижней части её добавил небольшую спираль накаливания для разогрева, сверху присоединил к большому резервуару-холодильнику. При теплоизоляции модели от окружающей среды и определённых условиях подогрева в модели устанавливался такой же режим теплообмена (т.е. распределение температуры), как и в скважине. После эксперимента, Остроумов решил «задачу Остроумова» — нашёл точное решение уравнений конвекции для его модели.

Прим. Бюретка — тонкая градуированная стеклянная трубка ёмкостью обычно 50 мл, открытая на одном конце и снабжённая стеклянным или тефлоновым запорным краном на другом. (ru.wikipedia)

Оформив эти результаты в виде кандидатской диссертации, Г.А. представил её в Совет Физического института АН СССР, и 12 апреля 1947 г. в присутствии назначенных Советом троих оппонентов, среди которых был Л.Д. Ландау, защитил её, сразу же получив степень доктора физ.-мат. наук!
Через год ВАК утвердила эту степень, а ещё через год ВАК утвердила Остроумова в звании профессора.

Всё это вместе взятое привело к тому, что университет пришёл в движение. Конвекцией занялась не только вся кафедра общей физики — ей занялись и физики-теоретики, и механико-математический факультет. В короткие сроки, за несколько лет, на волне успеха Остроумова было защищено ещё несколько кандидатских диссертаций. В 1952 г. Остроумов публикует монографию «Свободная конвекция в условиях внутренней задачи», где излагает все полученные результаты и признаётся в научном сообществе СССР как родоначальник направления физической гидродинамики.

Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Шапошников И.Г.

Работы по гидродинамике активно продолжили теоретики, несмотря на то, что кафедрой теоретической физики заведовал Иван Григорьевич Шапошников, металлофизик по профилю деятельности, в своё время участник исследовательской группы Е.К. Завойского — первооткрывателя явления электронного парамагнитного резонанса, и потому глубоко не затрагивавший гидродинамику. Первыми теоретиками-гидродинамиками стали Г.З. Гершуни, В.С. Сорокин, Е.М. Жуховицкий. О ярких работах в период 50-70 гг. упоминается мало — кафедра просто работала и развивалась по направлениям, указанным в начале статьи. Однако, в 70-е гг. АН СССР приняло решение об организации в тогда уже снова Перми академической лаборатории по физической гидродинамике в Институте механики сплошных сред, открытом в 1971 г. (ИМСС УрО РАН).

Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Гершуни Г.З.

Именно в это время происходит новый всплеск активности. В 1972 г. Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицкий публикуют в издательстве «Наука» монографию «Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости», известную в настоящее время каждому выпускнику и студенту старше второго курса кафедр общей и теоретической физики под простым именем «зелёная книга». В 1974 г. в Перми проводится «Уральская конференция по применению магнитной гидродинамики в металлургии», в 1975 г. — Всесоюзная конференция «Современные проблемы тепловой конвекции».

Кратко о гидродинамике: ты помнишь, как всё начиналось?
Любимов Д.В.

Тогда же, в 70-е гг. защищают диссертации многие будущие лидеры направления. Среди них — Дмитрий Викторович Любимов, Заслуженный деятель науки РФ (один из трёх на факультете), возглавлявший гидродинамическую школу и кафедру теоретической физики с 1989 по 2012 г., Николай Иванович Лобов, Анатолий Александрович Черепанов, Геннадий Фёдорович Путин, ныне зав.кафедрой общей физики, Пётр Готлобович Фрик, зав.лаб.физической гидродинамики ИМСС УрО РАН, и ещё полтора-два десятка других. Кафедра теоретической физики долгие годы занимала ведущие позиции в ПГУ по числу грантов, публикаций, совместных проектов с зарубежными организациями. К сожалению, внезапная смерть лидера, Д.В. Любимова, заметно затормозила работу кафедры, однако он оставил после себя не только более 250 публикаций, но и добрых полсотни, если не больше, учеников, кандидатов и докторов, которые продолжают поддерживать и развивать историческое направление.

Текст составлен на основе книги М.П. Сорокина «Физический факультет Пермского государственного университета», 2006
Использованы фотографии с сайта ПГУ, а также из личного архива Д.В. Любимова

Автор: kbtsiberkin

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля