Уникальные научные установки

Вакуумный газодинамический комплекс ИТ СО РАН (ВГК ИТ СО РАН)

УНУ создана в 1985 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
  • Сибирский
  • 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, д. 1
Руководитель работ
  • 👤Ребров Алексей Кузьмич
  • 📞 (383)3308018
  • rebrov@itp.nsc.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да450.49
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Вакуумный газодинамический комплекс предназначен для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области термогазодинамики разреженных сред, включая исследования по термогазодинамике космических кораблей и орбитальных станций, новейших вакуумных технологий получения наноструктур с использованием неравновесных струйных течений разреженного газа. Состоит из двух крупномасштабных установок ВИКА  и ВИКИНГ  рабочим объемом 35 и 150 м3 и двух высоковакуумных камер ВС-2 и ВС-3 с системами формирования газодинамического молекулярного/кластерного пучка (объем 2 м3, 3 дифференциально откачиваемые секции, предельный вакуум 10-5 Па, скорость откачки 10000 л/с). По оснащению и возможностям этот комплекс относится к разряду уникальных и не имеет аналогов в стране. Комплекс оснащен как обычными средствами откачки (производительность 50 м3/с), так и криогенными на уровне азотных и гелиевых температур (производительность 104 м3/с). Предельное остаточное давление – 0.0001 Па. Достаточно большие объемы вакуумных камер позволяют проводить исследования в импульсных режимах с расходами газа, недостижимыми в непрерывном режиме (дли-тельность импульса составляет порядка 1 с, расходы газа – до 1 кг/с).
Для установки и перемещения газодинамических источников и моделей внутри вакуумных камер газодинамического комплекса имеются 5-ти компонентные координатные механизмы. Они обеспечивают 3 линейных перемещения до 2 метров и вращение модели в горизонтальной и вертикальной плоскостях на 360 градусов.
Для исследований взаимодействия лазерного излучения с веществом имеется лазерная система с энергией в импульсе до 1 кДж. Имеются омические и плазменные (электро-дуговые) подогреватели, обеспечивающие квазиравновесный нагрев любых газов и паров жидкостей в диапазоне температур 300-7000 К и давлений (0,1÷10)*0.00001 Па.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Вакуумный газодинамический комплекс предназначен для проведения фундаментальных и прикладных исследований в об-ласти термогазодинамики разреженных сред, включая исследования по термогазодинамике космических кораблей и орби-тальных станций, новейших вакуумных технологий получения наноструктур с использованием неравновесных струйных течений разреженного газа. Состоит из двух крупномасштабных установок ВИКА и ВИКИНГ рабочим объемом 35 и 150 м3 и двух высоковакуумных камер ВС-2 и ВС-3 с системами формирования газодинамического молекулярного/кластерного пучка (объем 2 м3, 3 дифференциально откачиваемые секции, предельный вакуум 10-5 Па, скорость откачки 10000 л/с). По оснащению и возможностям этот комплекс относится к разряду уникальных и не имеет аналогов в стране. Комплекс оснащен как обычными средствами откачки (производительность 50 м3/с), так и криогенными на уровне азотных и гелиевых температур (производительность 104 м3/с). Предельное остаточное давление – 10-4 Па. Достаточно большие объемы вакуумных камер позволяют проводить исследования в импульсных режимах с расходами газа, недостижимыми в непрерывном режиме (длительность импульса составляет порядка 1 с, расходы газа – до 1 кг/с).

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • неравновесные процессы в потоках разреженного газа и плазмы;
  • разработка методов диагностики потоков разреженного газа и плазмы;
  • изучение релаксационных процессов и их роли в формировании градиентных течений в сопла и струях;
  • газодинамика неравновесных сверхзвуковых струйных течений в режимах от свободно-молекулярного до сплошного, в том числе турбулентного;
  • истечение жидкостей и газожидкостных смесей в вакууме;
  • получение наноструктур;
  • термогазодинамика космических кораблей и орбитальных станций;
  • природа сферической стратификации тлеющих разрядов;
  • поведение вещества под действием импульсов мощного лазерного излучения;
  • формирования кластеров при импульсной лазерной абляции твердых материалов;
  • изучение динамики возбужденных кластеров в газовой фазе и плазме;
  • подготовка специалистов на базе кафедры неравновесных процессов Новосибирского Государственного Университета и кафедры технической теплофизики Новосибирского Государственного Технического Университета.

Наиболее значимые научные результаты исследований

1) Обнаружен эффект возвратного движения пленки жидкости по наружной поверхности сопла при совместном истечении газа и пристенной пленки жидкости из сопла в вакуум (при давлениях менее 1 Па, при истечении в атмосферу эффект отсутствует). Экспериментально с использованием высокоскоростной видеорегистрации установлено, что пристенная пленка жидкости, стекающая по внутренней поверхности сопла, не только распадается на капли на выходной кромке сопла, но и выходит на наружную поверхность сопла, двигаясь по ней в обратном направлении, даже против сил тяжести. Ранее было известно, что при истечении газа из сопла в вакуум возможно возникновение обратных потоков (течение Прандтля-Майера), однако возникновение возвратного движения пленки жидкости впервые в мире обнаружено в наших исследованиях на УСУ ВГК ИТ СО РАН. Научная значимость эффекта состоит в обнаружении нового, ранее не известного явления, в практическом плане данный эффект позволил объяснить причину и решить проблему внешнего загрязнения поверхностей космических аппаратов, в том числе Международной космической станции, струями двигателей управления и ориентации, в которых топливная пленка используется для охлаждения стенок сопел. 2) Впервые зарегистрирован сферический стратифицированный тлеющий разряд в объеме порядка 100 кубических метров. Разряд наблюдался при давлении 10 Па в среде воздуха с добавкой углеводородного газа (пары ацетона). Визуализация осуществлена с использованием фото и видео аппаратуры. Как само явление сферической стратификации, так и его крупномасштабная реализация осуществлена впервые в мире. До работ, выполненных на УСУ ВГК ИТ СО РАН, стратификация тлеющих разрядов наблюдалась только в трубках. Как показали проведенные исследования, физическая природа явления стратификации в нормальном режиме горения разряда отличается от разряда в трубках и связана с процессами диссоциации высокомолекулярной добавки. На настоящем этапе исследований, полученный результат имеет фундаментальное значение. Идея его практического использования состоит в создании плазмохимического реактора с использованием высоких значений электрического поля, которое реализуется в области страт, т.е. в отсутствии твердых поверхностей. 3) На УСУ ВГК ИТ СО РАН разработан и впервые в мире реализован метод газоструйного осаждения наночастиц серебра во фторполимерную матрицу, включающий в себя: - метод осаждения пленки тефлоноподобного материала из высокотемпературной сверхзвуковой струи продуктов термического разложения фторопласта (или окись гексафторпропилена (C3F6O)) при высокой температуре и низком давлении; - оригинальный источник кластеров серебра, предоставляющий возможность регулировки размера получаемых кластеров; - разработанную методику для одновременного нанесения полимерной пленки и капсулирования в ней кластеров. Показана возможность эффективного управления структурой и свойствами осаждающегося металлополимера изменением газодинамических параметров в источнике и реакторе. Установлено, что полученный металлополимер с концентрацией серебра от 5 до 100% обладает существенно более сильными антибактериальными свойствами по сравнению с серебром в массиве. Показано сохранение бактерицидных свойств у осажденных металлополимеров в течение 8 месяцев. В практическом плане полученные тефлон-серебрянные пленки могут быть использованы в медицине, в частности, для производства антибактериальных препаратов. Представленная разработка защищена патентом РФ № 2403317: А.К. Ребров, А.И. Сафонов, Н.И. Тимошенко «Способ газоструйного нанесения наноразмерных металлополимерных покрытий». 2010 г. 4) На УСУ ВГК ИТ СО РАН с использованием метода лазерной абляции синтезирован ряд новых нанокластерных систем. Впервые зарегистрированы стабильные кластеры фосфора с полой структурой типа фуллерена. Это стимулировало широкие исследования в мире по синтезу неорганических фуллереновых материалов на основе фосфора. Так же на УСУ ВГК ИТ СО РАН впервые синтезирован целый ряд нанокластеров и наноструктурных пленок сложных полупроводников (оксид и сульфид цинка, фосфид индия) различной стехиометрии и проведены пионерские исследования их стабильности и химической активности в газовой фазе. Впервые показано, что в лазерной плазме может быть осуществлено эффективное допирование наночастиц сульфида цинка атомами переходных металлов. Синтезированные наноструктуры могут найти применение в катализе, в нано- и оптоэлектронике, в солнечной энергетике, в изделиях спинтроники.

630090, г. Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, д. 1

Перечень объектов в составе УНУ (22)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
регулятор расхода цифровой MKS Instruments Великобритания 2012 3
Источник питания ADEL-H-10DC-200 ООО "Прикладная электроника" Россия 2015 1
масс-спектрометр HPR-60
Назначение, основные характеристики
HidenAnalytical Великобритания 2007 1
Комплект емкостных манометров Баратрон
Назначение, основные характеристики
MKS Instruments Великобритания 2009 1
Устройство формирования потоков газовых смесей УФПГС-4 Современное лабораторное оборудование Россия 2012 1
Фемтосекундный лазерный комплекс
Назначение, основные характеристики
ООО "Иверия" Россия 2011 1
Регулятор массового расхода
Назначение, основные характеристики
MKS Instruments Великобритания 2008 2
KD2 Pro
Назначение, основные характеристики
Decagon Соединённые Штаты Америки 2015 1
Мобильный прибор для сопоставления теплового сопротивления наножидкостей
Назначение, основные характеристики
ИТ СО РАН Россия 2010 1
Квадрупольный масс-спектрометр Hiden Analytical
Назначение, основные характеристики
HidenAnalytical Великобритания 2001 1
Эксимерный ArF-лазер PSX-100
Назначение, основные характеристики
Neweks AS Эстония 2008 1
ВС-2
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 1985 1
ВИКИНГ
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 1985 1
ВИКА
Назначение, основные характеристики
Россия Россия 1985 1
Ротационный вискозиметр
Назначение, основные характеристики
ZH instruments Чехия 2014 1
Измеритель магнитной восприимчивости
Назначение, основные характеристики
Fungilab Испания 2014 1
откачная станция TSH071E
Назначение, основные характеристики
Криосистемы Россия 2008 2
емкостный датчик абсолютного давления Баратрон
Назначение, основные характеристики
MKS Instruments Великобритания 2009 1
координатный механизм
Назначение, основные характеристики
FESTO Германия 2006 1
Тесла/ гауссметр KOSHAVA-5-USB Wuntronic Германия 2016 1
Плазмохимический реактор с лазерной активацией плазмы
Назначение, основные характеристики
ИТ СО РАН 2007 1
ВС-3
Назначение, основные характеристики
Россия 1985 1

Услуги (5)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Создание образцов на оборудовании ВГК ИТ СО РАН
- наиболее востребованная услуга
Индустрия наносистем
Прохождение практики на оборудовании ВГК ИТ СО РАН студентами ФГБОУ ВПО НИ "Томский политехнический университет"
Индустрия наносистем
Прохождение практики на оборудовании ВГК ИТ СО РАН студентами ФГБОУ ВПО "Казанский национальный технический университет им. А.К. Туполева-КАИ"
Индустрия наносистем
Прохождение преддипломной практики и подготовка дипломных работ студентами Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет» (НГТУ)
Индустрия наносистем
Прохождение преддипломной практики и подготовка дипломных работ студентами Новосибирского национального исследовательского государственного университета
Индустрия наносистем

Методики (16)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Методика определения теплофизических параметров материалов Федеральное государственное унитарное предприятие ВНИИМ им.Д.И. Менделеева 05.07.2015 21:00:00
Методика измерения локальных параметров пристенных пленок жидкостей (толщины и скорости) емкостными датчиками.
Газодинамический метод получения металлополимерных пленок с наночастицами металла во фторполимерной матрице с уникальными оптическими свойствами.
Методика измерения теплопроводности жидких сред
Методика измерения мгновенного значения коэффициента отражения материалов в процессе их лазерного облучения
Методика синтеза коллоидных растворов наночастиц методом лазерной абляции в жидкости
Весовая методика измерения глубины лазерной абляции.
Методика лазерного напыления наноструктурных пленок.
Оптическая методика измерения порога плавления материалов.
Масс-спектрометрическая методика диагностики потоков газа и плазмы.
Измерение функций распределения наночастиц по размеру в газокапельных потоках.
Плазменно-дуговая методика синтеза углеродных наночастиц.
Плазменно-дуговая методика синеза оксидных наночастиц.
Газодинамический метод получения металлополимерных пленок с наночастицами металла во фторполимерной матрице с бактерицидными свойствами.
Газодинамический метод получения наночастиц серебра с возможностью регулировки их размера путем изменения параметров торможения.
Метод осаждения пленки тефлоноподобного материала из высокотемпературной скоростной струи окиси гексафторпропилена (C3F6O)) на мишень в вакуумной камере.

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий