Если говорить общими словами, то я занимаюсь численным моделированием многофазных сред. Это течения жидкости или газа с различными включениями: жидкость с пузырьками газа, вязкая среда с газовыми пузырьками и кристаллитами, газ с пылевыми частицами и т.д.

Одним из направлений является численное исследование кавитационных явлений в жидкости при её разгрузке. Если жидкость подвергается декомпрессии или растяжению, то в ней возникают и растут полости, разрывы и обычные пузырьки газа. Для такой среды можно построить систему уравнений, решить которую естественно возможно только численно. В частности я выполнял расчеты по динамике кавитации в волне отражения у свободной поверхности, кавитационному разрушению жидкого объема при ударном воздействии и подводном взрыве.

Похожие эффекты наблюдаются в процессе взрывного извержения вулкана, когда в силу некоторых причин пробка в канале вулкана разрушается и магма, находящаяся под очень высоким давлением в канале вулкана, поднимается вверх, давление в ней падает, и за фронтом волны разгрузки возникают и растут паровые пузырьки. У нас были результаты по динамике состояния магмы в начальной стадии извержения, когда однородная магма при декомпрессии превращалась в подобие вулканической пемзы – высоковязкую пористую среду с кристаллическим включениями. Для этих задач я также писал численную реализацию и проводил расчеты.

Следующее направление это отдельное исследование динамики пузырька в вязкой среде при декомпрессии. В таких средах как расплавы, в том числе магматические, пузырьки растут как за счет уменьшения давления в среде, так и за счет диффузии растворенных газов в пузырьки. Диффузия понижает в окрестности пузырька концентрацию растворённого газа, что меняет вязкость среды и, как следствие, сопротивление росту пузырька. Весь этот комплекс явлений требует построения модели, и её численной реализации, последним я как раз и занимаюсь.

Последним в списке будет моделирование газа с пылью. Естественно течение газа будет различным при различных параметрах пылевых частиц, таких как размеры, плотность самих частиц и их общая плотность. В команде, которая занимается этими задачами, был придуман хороший численный алгоритм для случая пыли с частицами разных фракций. Я занимаюсь численной реализацией данного алгоритма и проведением расчетов.

В основном для всех задач расчеты проводится по написанным самостоятельно программам, с одной стороны это привычный и рабочий подход, а с другой стороны нужные модели не всегда удается встроить в уже существующие численные пакеты. Расчеты я выполняю как на обычном персональном компьютере, таки и на доступных кластерах: в НГУ и в ИВМиМГ (Сибирский суперкомпьютерный центр СО РАН). Для части задач реализуются параллельные вычисления с использованием графических ускорителей, я использую технологию nVidia CUDA.

К важнейшим результатам я бы отнес моделирование кавитационных эффектов у свободной поверхности при отражении от неё ударной волны, когда удалось соединить две разные модели и провести моделирование во всем диапазоне концентраций. Еще к важным результатам я отношу численную реализацию трансформации магматического расплава при декомпрессии от вязкой однородной среды к трехфазному состоянию с основной фазой практически в виде стекла с кристаллитами и пузырьками. Здесь в процессе расчета вязкость несущей фазы возрастала на много порядков, а число кавитационных зародышей изначально не было задано, а вычислялось из нуклеационно-диффузной задачи.

Расчеты газо-пылевой среды больше касаются фундаментальной науки, поскольку идет тестирование нового метода на модельных задачах. Хотя имеется возможное применение и в некоторых технологиях. Моделирование начальной стадии вулканического извержения напрямую касается как чисто научных вопросов, так и вопросов прогнозирования и защиты от природных катастроф. В основном моделирование кавитационных эффектов проводится в общей постановке, а применение возможно во многих областях, задачи о росте пузырьков в вязких средах имеют непосредственное отношение к моделированию аварий на трубопроводах высокого давления, появлению лакун при остывании расплавов, кавитационному разрушению материалов и т.д.

Да, я участвовал в грантах и ранее. В настоящее время являюсь руководителем гранта РФФИ и исполнителем в одном гранте РНФ. В будущем, по их окончании, я надеюсь продолжить выигрывать гранты и участвовать в них как руководителем, так и исполнителем.

Если речь идет о промышленных или технологических компаниях, то в настоящий момент сотрудничества нет. В дальнейшем может и будет. А если про сотрудничество внутри научных организаций, то по разным направлениям команды состоят из сотрудников различных научных институтов.

Трудоустройство в научном институте в принципе возможно, но тут многое зависит от текущей ситуации и наличии вакансий. Устроиться в какие-то другие области также будет можно, как минимум у студента будут навыки в программировании, моделировании процессов динамики сплошных сред, возможно знание прикладных расчетных сред. Это требуется во многих областях. А в текущей ситуации делать прогнозы практически невозможно.

В настоящий момент у меня нет специализирующихся студентов. Исследования ведутся обычным образом: ставим задачу, намечаем пути решения и реализации, пишем численный алгоритм, анализируем результаты.

Если говорить об абсолютно необходимых знаниях, то это механика сплошных сред, численные методы и умение программировать.

Возможные темы касаются численного моделирования многофазной среды. Это модельные задачи в газо пылевых средах, где планируются параллельные расчеты в 3D постановке. Для динамики газового пузырька в вязкой среде есть задачи по учету различных физических эффектов, сопровождающих этот процесс. Для моделирования вулканических извержений планируется построение полной осесимметрической модели течения, вокруг этой задачи также можно найти подходящую тематику.

Как таковых формальных требований я не выдвигаю. Тут нужно учесть, что основные нужные предметы проходятся на 3-м курсе, я имею в виду, прежде всего газовую динамику, гидродинамику и численные методы механики сплошных сред. Из спецкурсов желательно параллельное программирование на графических ускорителях, если таковой имеется на факультете.