10870

Борисов А.Ф., Забелин В.А.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ПОЛУЧЕНИЕ БОРНЫХ, ОКСИДНЫХ, ТВЁРДЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, ОБЛАДАЮЩИХ КВАНТОВЫМИ СВОЙСТВАМИ.

Получение борных оксидных твёрдых материалов с повышенным содержанием щелочных металлов относится к исследованию кристаллизационных, топологических, теплофизических и квантовых свойств веществ. Ранее проведенные исследования малощелочных расплавов в системах R2О-B2О3 [2,5,8], (где R2О - щелочной компонент К2О, Cs2О, Li2О, Na2О), позволили идентифицировать в них сверхтекучие квантовые свойства. Область сверхтекучих расплавов составляла при этом не более 6,0 мол. % R2О. Борные щелочные расплавы с большим содержанием щелочей оставались до настоящего времени не изученными Результаты исследований рассматриваются далее на примере системы К2О-В2О3. Как показали дальнейшие исследования, эта группа составов в соответствии с нашими прогнозами обладает явно выраженными квантовыми свойствами и демонстрирует ряд необычных эффектов, углубляя наши представления о необычном поведении квантовых веществ. Очень информативным оказалось совместное исследование обычных фазовых превращений и переход материалов в квантовое состояние.

Расплавы с большим содержанием щелочей существенно отличаются по своим свойствам от известных малощелочных расплавов. [2,5,8].

Результаты термоэлектрических исследований, ЯМР и сверхтекучести расплавов методом перетекания приведены на рис 1.

На графике можно выделить две принципиально различные области. Область малощелочных составов с содержанием щелочного компонента от 0 до 3,0 мол %, где идентифицированы расплавы, обладающие сверхтекучестью и, следовательно, квантовыми свойствами.

20

Рис. 1. Количество атомов бора в тетраэдрической координации (N4) в зависимости от содержания К2Oв калиево-боратных расплавах, где: _____ по данным ядерного магнитного резонанса [12] при комнатной температуре; ○ – 900оС, – 800оС по данным термоэлектрических исследований [11]

Как показывает рис. 1 это расплавы с подавляющим содержанием бора с тройной координацией и соответствующей им нулевой энтропией. Нулевая энтропия расплава является главным признаком возможности перехода в квантовое состояние по определению сверхтекучести. Наблюдаемая экспериментально полная корреляция энтропийных показателей и способности расплавов к переходу в сверхтекучее состояние подтверждают эти представления. Это позволило нам спрогнозировать возможность перехода расплавов многощелочной области (рис 1) в квантовое состояние. Диаграмма показывает также, что в многощелочной области расплавы имеют нулевую энтропию. Однако вследствие высокой кристаллизационной способности расплавов этой области подтвердить их сверхтекучесть прямыми методами перетекания не представляется возможным. Вместе с этим разработанные ранее методы исследования оксидных сверхтекучих расплавов [1-9] позволяют получить необходимые сведения.

21

Порядок опыта был следующий. Расплав наплавляется в платиновом тигле объемом 50 см3, нагревается до температуры 900-950°С, выдерживается при этой температуре 15 мин. и затем вынимается из печи, резко охлаждаясь на воздухе до полного остывания и затвердевания. Таким образом, фиксируется образующаяся центральная воронка диаметром 2-3 мм, которая проходит от поверхности расплава практически до дна платинового сосуда.

Наблюдаемый процесс образования квантовой воронки инициирован, очевидно, большим температурным градиентом, который возникает здесь по условиям интенсивного не равномерного охлаждения расплава.

Процесс образования воронки протекает под воздействием двух факторов термического, градиента температуры и механического - возникновение механических термических напряжений.

Температурный градиент и механические напряжения вызывают структурирование расплава и появление сложных геометрических конфигураций, которые мы называем воронками или водоворотами по терминологии принятой в классической гидродинамике.

Температурный градиент является определяющим фактором, который вызывает механические напряжения и структурирование расплава в его высоковязком состоянии.

Как показывают наши экспериментальные данные квантовые воронки образуются в расплавах в интервале от 0,0 до 20,0 % мол.содержания К2О, подтверждая квантовую природу жидкостей, в то время как по результатам перетекания расплавов [2,5,8] при температуре 850-900°С составы с содержанием К2О более 3,0 % мол. уже теряют свою способность к перетеканию и, следовательно, не обладают квантовыми свойствам. Принимая во внимание результаты исследования расплавов с преобладающим содержанием в них оксидов щелочных металлов можно сделать вывод о том, что границы сверхтекучих жидкостей составляют в системе К2О - В2О3 от 0,0 до 3,0 мол. % К2О и от 50 до 70 % мол. К2О и выше.

Исследование новой группы квантовых жидкостей с большим содержанием в них щелочного компонента позволило установить следующие основные признаки при проведении идентификации квантового состояния:

1.Нулевая энтропия расплава по результатам термоэлектрических измерений.

2.Формирование специфических квантовых воронок.

Исследования в данной области в настоящее время продолжаются, но уже сейчас можно говорить о наличии в данной группе расплавов квантовых свойств, что позволяет использовать их для научных

22

фундаментальных исследований и разработки высокотемпературных сверхпроводящих материалов.

Литература

1.Патент RU 2470864 C2. Борисов А.Ф., Кислицына И.А. Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей, ННГАСУ, 2012г.

2.Патент на изобретение № 2524396. Способ получения квантовых жидкостейсверхтекучих оксидных расплавов. Авторы: Борисов А.Ф., Копосов Е.В., Буньков М.М., Забелин В.А., Кислицына И.А., ННГАСУ, 2013 г.

3.Патент на изобретение № 2540956. Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок. Авторы: Борисов А.Ф., Снегова Е.И., Забелин В.А., ННГАСУ, 2013 г.

4.Патент на изобретение № 2556928. Способ получения однокомпонентной сверхтекучей квантовой жидкости на основе расплава неорганического полимера. Авторы: Борисов А.Ф., Забелин В.А., ННГАСУ, 2013 г.

5.Борисов А. Ф., Буньков М. М., Забелин В. А., Кислицына И. А. Сверхтекучесть оксидных расплавов. / А.Ф. Борисов, М.М. Буньков,В.А. Забелин, И.А. Кислицына// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.-строит, ун-т. - Н.Новгород, 2013. -№ 3,- С. 96-102.

6.Борисов А. Ф., Забелин В. А., Кислицына И. А. Термоэлектрические исследования координационных состояний бора в расплавах системы Li2O–В2O3. / А.Ф. Борисов, В.А. Забелин, И.А. Кислицына// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.- строит, ун-т. - Н.Новгород, 2012. -№ 4,- С. 163-168.

7.Борисов А. Ф., Кислицына И. А. Проявление признаков квантовых свойств жидкости в оксидных расплавах по результатам термоэлектрических исследований / А.Ф. Борисов, И.А. Кислицына// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.-строит, ун-т. -

Н.Новгород, 2011. -№ 4,- С. 110-117.

8.Борисов А. Ф., Забелин В.А. Новый класс макроскопических сверхтекучих квантовых жидкостей на основе борных оксидных расплавов/ А.Ф. Борисов, В.А. Забелин// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.-строит, ун-т. - Н.Новгород, 2015. -№ 1,- С. 7583.

9.Борисов А. Ф., Забелин В.А., Кузнецова Е.И. Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок/ А.Ф. Борисов, В.А. Забелин, Е.И. Кузнецова// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.- строит, ун-т. - Н.Новгород, 2015. -№ 2,- С. 80-85.

23

10.Физики объяснили водовороты в сверхтекучей жидкости – Режим доступа: http://mti.edu.ru/blog/2011-06/17091-fiziki-obyasnili-vodovoroty-v- sverkhtekuchei-zhidkosti

11.Борисов А.Ф., Тимошенко И.В. Электрохимические методы в производстве стекла. - М., Стройиздат, 1986, 214 с.

12.Bray P. J. NMR Studies of Borate Glasses. Struct, Prop, ApplProc / P. J. Bray // Boron Glass and Glass Ceram:conf / Alfred, New York. – New York ; London, 1978. – P. 321–351.

Генералова А.А., Хазов А.П.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА КРИВОЛИНЕЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ

В данном докладе представлены результаты испытаний макетов криволинейных сооружений в аэродинамической трубе (рис.1). Необходимость исследования обтекания криволинейных покрытий сооружений ветровым потоком обусловлена невозможностью определения реальных ветровых нагрузок, действующих на сооружения подобной формы.

Ветровые нагрузки зачастую являются определяющими при расчете высотных и большепролетных зданий и сооружений.

При применении в большепролетных конструкциях криволинейных покрытий происходит более рациональное распределение усилий, но в тоже время характер распределения ветровой нагрузки по площади кровли в этом случае является недостаточно изученным.

Процесс обтекания твердого тела любой геометрической формы в общем виде описывается системой уравнений Навье-Стокса. Эта система состоит из двух уравнений, связывающих между собой движение и неразрывность потока сжимаемой жидкости. В гидро- и аэродинамике не выделяют термин газ, заменяя его термином сжимаемая жидкость. Здесь и далее понятия «газ» и «сжимаемая жидкость» отождествляются.

В векторном виде для несжимаемой жидкости они записываются следующим образом:

24

(1)

где – оператор Набла, – оператор Лапласа, – время, – коэффициент кинематической вязкости, – плотность жидкости, p –

квазиизотермическим, плотность газа при котором является функцией давления. Поскольку в системе уравнений (1) давление p изменяется во времени, плотность газа так же будет изменяться, поэтому необходимо ввести учет сжимаемости. При учёте сжимаемости уравнение Навье — Стокса принимает следующий вид:

(2)

где – коэффициент динамической вязкости (сдвиговая вязкость), – «вторая вязкость», или объемная вязкость, – дельта Кронекера.

Внастоящее время не удается определить точных решений уравнений (1),(2). Нахождение общего аналитического решения системы Навье – Стокса для пространственного или плоского потока осложняется тем, что оно нелинейное и сильно зависит от начальных и граничных условий.

Внастоящее время численное решение можно получить, используя метод конечных элементов, комбинируя при этом задачи по механики деформируемого твердого тела и по движению сжимаемой вязкой жидкости. В любом случае это решение является громоздким, а потому его применение при выполнении инженерных расчетов весьма затруднительно.

Вданной работе представлены результаты испытаний макетов криволинейных сооружений в аэродинамической трубе (рис.1).

25

Рис.1. Макеты криволинейных сооружений, установленные в аэродинамической трубе

Геометрические модели криволинейных поверхностей представлены на рис.2.

Рис.2 Геометрические модели испытываемых поверхностей

(а) – модель 1, (б) – модель 2

Схема испытания приведена на рис.3. С помощью вентилятора (1) в аэродинамической трубе (2) создается воздушный поток (6) с квазипостоянной скоростью движения. Затем в изучаемой точке поверхности (3), установленной на специальной подставке (4), с помощью подсоединенного к ней микроманометра (5) измеряется величина статического давления. По результатам испытаний в характерных точках поверхности определялись значения статического давления, оказываемого квазиравномерным потоком воздуха (.

26

Рис.3 Схема экспериментальной установки

С помощью линейной интерполяции были получены поля постоянных давлений на криволинейные поверхности при разных углах направленности ветрового потока (рис.4).

Рис.4 (а) - изополя статического давления на модель 1, (б) – изополя расчетной ветровой нагрузки на модель 2

По имеющимся полям ветровых нагрузок были построены эпюры статического давления на модель 1 по 3-м сечениям (рис.5). На сечении А- А эпюра давления имеет криволинейную форму, но на большей части ее длины она имеет отрицательные значения. Небольшой положительный

27

участок можно объяснить тем, что до него не встречается достаточного для срыва потока возмущающего фактора, например, вертикального участка. Но сразу после положительного участка эпюра быстро идет в отрицательную сторону, что свидетельствует о срыве потока. На сечении Б-Б положительные значения давлений отсутствуют. На сечении В-В эпюра очень близка к постоянной.

Рис.5. Эпюры статического давления на поверхность модели 1.

Эпюры, полученные на модели 2, резко отличаются по характеру распределения (рис.6). Скорее всего это происходит из-за того, что все изучаемые сечения модели 1 являются выпуклыми, которые способствуют сохранению отрицательного давления, в то время, как на модели 2 строились вогнутые сечения. В вогнутом сечении даже восходящий воздушный поток может вновь вступить в контакт с поверхностью.

28

Рис.6. Эпюра давлений на модели 2

Дальнейшие проведение экспериментов и обработка получаемых результатов позволит создать точную теорию, способную качественно описать характер распределения ветровых давлений на криволинейные поверхности.

Голубев А.П.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

КОМПЬЮТЕРНОЕ ЗРЕНИЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЗАДАЧ

Компьютерное зрение - одна из развивающихся и привлекающих внимание областей, связанная с компьютерными вычислениями. Рост технических возможностей и вычислительных мощностей компьютеров в последнее время позволил компьютерному зрению начать эффективно решать сложные задачи, которые до этого невозможно было решить подобными методами.

Алгоритмы компьютерного зрения в качестве источника данных используют цифровые изображения. Таким образом, технология компьютерного зрения строится на обработке компьютером последовательности изображений, полученных с камеры. Большую роль при проводимых вычислениях играет качество такой камеры, её точность и, кроме того, погодные условия, при которых проводится съемка.

На текущий момент спектр задач, решаемых с помощью компьютерного зрения невероятно обширен: все больше растет интерес к

29