О Центре

Центр был создан с целью изучения фундаментальных проблем микро- и наномасштабной динамики жидкости для решения актуальных прикладных задач нефтегазовой промышленности, микроиндустрии и биомедицины. 

Результаты исследований

Разработан алгоритм и компьютерный код метода граничных элементов (Boundary Element Method – BEM) с использованием современных масштабируемых алгоритмов, в частности быстрого метода мультиполей (Fast Multipole Method – FMM), и высокоэффективных аппаратных средств (графические процессоры и многоядерные центральные процессоры). Компьютерный код позволяет проводить прямое численное моделирование систем капель с динамическими деформируемыми границами, которые дискретизированы миллионами граничных элементов, на персональных суперкомпьютерах.

Разработан алгоритм и компьютерный код для ускоренного молекулярного моделирования. Высокая производительность вычислений достигается использованием быстрого метода мультиполей (FMM) для оценки силы и с помощью гетерогенной архитектуры, состоящей из центральных процессоров и графических процессоров (GPUs). Реализация FMM на GPUs позволяет выполнять вычислительные эксперименты для очень больших систем (порядка 100 миллионов молекул) на персональных суперкомпьютерах, оборудованных несколькими GPU.

Установлено, что использование ВЧ и СВЧ электромагнитных полей обеспечивает эффективный способ разрушения водонефтяных эмульсий. ВЧ электромагнитное поле действует непосредственно на полярные компоненты нефти и разрушает бронирующую оболочку на поверхности капли воды. Это приводит к коагуляции капель и дальнейшему разрушению эмульсии. СВЧ электромагнитное поле действует непосредственно на молекулы воды в очень узком частотном диапазоне. Проводимые в настоящее время детальные экспериментальные и теоретические исследования послужат основой для разработки новых перспективных технологий разрушения водонефтяных эмульсий.

Создана опытно-промышленная установка разрушения водонефтяных эмульсий, предназначенная для обезвоживания тяжелых нефтей и нефтешламов. Установка производит комплексную обработку эмульсий и нефтешламов СВЧ электромагнитным и ультразвуковым излучением в центробежном поле сил для эффективного обезвоживания водонефтяных и нефтешламовых эмульсий и выделения товарной нефти из обрабатываемой продукции при меньших капитальных затратах и одновременно улучшает качество производимых продуктов, социальную значимость и безопасность для окружающей среды.

Обнаружено явление динамического запирания при течении эмульсий в различных микроканалах: осесимметричных, плоских, радиально расширяющихся и радиально сходящихся потоках, капилляре переменной формы, объеме пористой среды. Динамическое запирание эмульсий также обнаружено в микроканалах с резко (на порядок) уменьшающимся поперечным сечением. На сегодня не существует ясного понимания такого поведения эмульсий при их течении через микроструктуры.

Разработан и протестирован трехмерный компьютерный код для моделирования процесса самоорганизации пузырьков под действием акустического поля. В результате моделирования наблюдалось интересное пространственно-временное поведение пузырьков и акустического поля. В частности, численно удалось смоделировать эффекты объединения пузырьков в кластеры и филаментации, которые наблюдались в экспериментах по акустической кавитации. Более детальные экспериментальные и теоретические исследования необходимы, чтобы понять физику этого явления и иметь возможность разрабатывать новые технологии, которые могут использоваться для очистки поверхностей в производстве микроустройств.

Руководитель Центра

Центр возглавляет И. Ш. Ахатов — доктор физико-математических наук, профессор Университета штата Северная Дакота (США), директор Центра проектирования, производственных технологий и материалов Сколковского института науки и технологий (Россия).

Его научная деятельность связана с исследованиями в области гидрогазодинамики многофазных систем и неньютоновских жидкостей, нелинейной динамики и акустики пузырьковых сред, нанотехнологий. И. Ш. Ахатов создал теорию нестационарных режимов горения и детонации пористых взрывчатых веществ, развил теорию квазилокальных симметрий уравнений математической физики, исследовал механизмы возникновения хаотических колебаний в гидродинамике неньютоновских жидкостей. Им разработана теория нелинейного взаимодействия акустических волн в пузырьковых системах, изучены физические механизмы сверхсжатия газовых пузырьков и пузырьковых кластеров. Большой вклад И. Ш. Ахатов внес в решение задач по гидродинамической теории сонолюминесценции и акустической самоорганизации пузырьковых систем. Также он применил методы механики многофазных систем для моделирования технологических процессов переработки нефти.

И. Ш. Ахатов является членом Американского физического общества, Американского общества инженеров-механиков и Американского акустического общества. Работал приглашенным профессором в Университете Прованса (Франция), Ренселлаирском университете (США), Бостонском университете (США), Геттингенском университете (Германия).