Лаборатория механики неупорядоченных сред

Научные результаты:

• Собрана экспериментальная установка для исследования течения пены в ячейке Хеле-Шоу. Рассмотрено обтекание пеной препятствия с варьированием геометрических параметров. Установлено существенное влияние формы на динамику обтекания пеной и определена зависимость скорости потока ниже по течению от объекта и количества жидкости в пене.
• Проведены предварительные эксперименты, в которых выполнялась одновременная видеозапись разрушения материала и фиксация данных акустической эмиссии при распространении трещин в синтетических материалах (в частности – в плексигласе).
• Разработаны новые методы капсулирования микропузырьков газа и микрокапель жидкости (жидких масел): путем стабилизации межфазной поверхности, путем создания на межфазной поверхности слоя наночастиц, путем создания условий для локального протекания реакции полимеризации.
• Получены теоретические оценки электрического поля, которое появляется вблизи трещины гидроразрыва пласта (ГРП) благодаря утечке контрастной жидкости из трещины в пласт под действием изначального высокого давления в трещине и упругих сил породы, заставляющих трещину смыкаться после прекращения закачки. Построена математическая модель гидроразрыва в пороупругопластической среде при заданных параметрах: неоднородная среда (физические свойства меняются по пространству), трещина плоская, закачка производится через скважину, пересекающую перпендикулярно плоскость трещины. Основной особенностью модели является учет порового давления и полное сопряжение напряженно-деформированного состояния пласта и фильтрации жидкости.
• Проведено экспериментальное исследование гидроразрыва толстостенных цилиндров с отверстием на установке, создающей статическое и пульсирующее давление масла. Цилиндры изготовлены из цементного материала GF-177 и из смеси глиноземистого цемента с песком. Отработана методика изготовления образцов, налажена работа с экспериментальным стендом.
• Разработана технология изготовления образцов неупорядоченной пористой среды – пластин с различными конфигурациями поверхностных дефектов для изучения фронтов капиллярного вытеснения в ячейке Хеле-Шоу.
• Обработаны результаты интраоперационного мониторинга параметров скорости и давления в сосудах головного мозга, выполненного в 2017 году в ходе 13 нейрохирургических операций, с помощью уникального приборно- измерительного комплекса Volcano ComboMap/ComboWire.
• Разработана математическая модель для определения эффективной электрической проводимости с учетом микроструктуры и слоистости электро-композита типа нефтеносного пласта. Разработан вычислительный алгоритм, который учитывает разделение масштабов.
• Выведена модель расчета общего притока жидкости к горизонтальной скважине с МГРП с учетом взаимного влияния трещин гидроразрыва, неоднородности свойств пласта, учета конечной проницаемости трещин и гидравлического сопротивления скважины.
• Разработана численная модель развития трещины гидроразрыва пласта в пороупругой среде при закачке жидкости со степенной реологией
• Определены предельные напряжения в бетоне, как при однородных, так и при неоднородных напряженных состояниях.

• Показано, что с увеличением высоты препятствия максимальная величина дефекта продольной скорости пены в отрицательном следе за телом сначала растет линейно, затем достигает максимума при некотором значении высоты препятствия, после чего уменьшается до значения, соответствующего случаю полного перекрытия зазора ячейки препятствием. Существование максимума эффекта при некоторой высоте препятствия можно объяснить балансом между ростом поверхностной энергии и ростом вязких потерь при увеличении высоты препятствия.

• Был разработан эмболизирующий состав, который был использован при изучении модельной постановки задачи об эмболизации микроканала.

• Для моделирования процесса эмболизации артерио-венозной мальформации (АВМ) было предложено использовать уравнение Баклея-Леверетта, описывающее двухфазную фильтрацию крови и эмболизата внутри АВМ.Предложен признак успешности операции по эмболизации АВМ. Успешность эмболизации определяется, во-первых, тем насколько хорошо заполнен объем АВМ с помощью эмболизата и, во-вторых, насколько сильно перекрыто сечение АВМ.

Внедрение результатов исследования:

• Результаты исследований ГРП получены во взаимодействии с индустриальным партнером, ООО «Газпромнефть НТЦ». Работы по адаптации полученных моделей к технологическим применениям были профинансированы договором СТО-062/17Р от 11 августа 2017 г.

• Предполагается внедрение построенных моделей в Симулятор ГРП, разрабатываемый в рамках ФЦП «Разработка отраслевого симулятора гидроразрыва пласта» (грант Минобрнауки 2016-220-05-2642).

Образование и переподготовка кадров:

• Прочитан курс лекций по экспериментальным методикам и методам обработки результатов в области механики неупорядоченных сред для сотрудников лаборатории и студентов Новосибирского государственного университета. Лектор – Стефан Сантуччи.

• Организовано обучение аспирантов и молодых исследователей в престижных зарубежных школах по тематике гранта: Удине (Италия) – 3 человека, Грац (Австрия) – 1 человек, Берлин (Германия) – 1 человек.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Для выполнения работ по ФЦП «Разработка отраслевого симулятора гидроразрыва пласта» (грант Минобрнауки 2016-220-05-2642) создан временный научный коллектив, включающий основных исполнителей по проекту. По мере развития проекта этот коллектив может послужить ядром инжинирингового центра по моделированию технологических процессов добычи углеводородов.

Другие результаты:

• В ходе сравнения данных интраоперационного мониторинга и данных численного 3D-моделирования оказалось, что для задачи определения потенциального места разрыва аневризмы существенную роль играет пациент-специфичный профиль кровотока, задаваемый как краевое условие; в то время, как данные о прочности церебральной аневризмы могут быть взяты из литературы. Для этой же задачи было продемонстрировано преимущество гидроупругого расчета перед жестким в целях использования таких расчетов для предоперационного моделирования.

• С целью исследования возможностей предложенной математической модели рассмотрено плоское течение в канале под действием градиента давления для жидкости с прутообразными частицами. В начальный момент частицы ориентированы поперек потока. Установлено, что для малых чисел Рейнольдса, соответствующих скорости вращения частиц, модель сводится к стационарной системе уравнений для скорости потока и микровращений; при этом время является параметром. Эти уравнения позволяют определить ориентацию частиц и их микро-инерцию в зависимости от поперечной пространственной координаты и времени.

• Лаборатория физики Высшей нормальной школы г. Лиона (Франция), Хьюстонский университет (США), Университет Британской Колумбии (Канада), НМИЦ имени академика Е. Н. Мешалкина (Россия), Федеральный центр нейрохирургии (Россия), Международный томографический центр Сибирского отделения РАН: совместные научные исследования

• Московский физико-технический институт (Россия), Сколковский институт науки и технологий (Россия), Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Россия): работа в рамках консорциума, созданного для выполнения ФЦП «Разработка отраслевого симулятора гидроразрыва пласта» (грант Минобрнауки 2016-220-05-2642)