Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за ноябрь и декабрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 70, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,182.
Кроме того, по итогам 2019 – 2020 гг. больше всего цитирований — 62 — у статьи Rational Design of Holey 2D Nonlayered Transition Metal Carbide/Nitride Heterostructure Nanosheets for Highly Efficient Water Oxidation, опубликованной в журнале Advanced Energy Materials (ИФ 25,425, Q1). Среди авторов статьи профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Френсис Верпоорт.
Соавтором политехников с самым высоким индексом Хирша (по серверу учета публикаций) за 2020 год стал Paras N. Prasad, University at Buffalo, The State University of New York (индекс Хирша 111). Статья с его участием Interlayer-Sensitized Linear and Nonlinear Photoluminescence of Quasi-2D Hybrid Perovskites Using Aggregation-Induced Enhanced Emission Active Organic Cation Layers была опубликована в журнале Advanced Functional Materials (Q1, ИФ 16,836).
Журнал с самым высоким импакт-фактором, в котором публиковались ученые ТПУ в 2020 году, — Advanced Materials (ИФ 27,398). Статья: Structure–Transport Correlation Reveals Anisotropic Charge Transport in Coupled PbS Nanocrystal Superlattices. Среди авторов: научный сотрудник международной научно-образовательной лаборатории неразрушающего контроля ТПУ Сергей Лазарев.
Также основные результаты в области публикационной активности ученых ТПУ можно прочитать в итоговом номере газеты «За Кадры. ТПУ» за 2020 год.
Инженерная школа новых производственных технологий
Журнал: Intermetallics (Q1, ИФ 3,398)
Василий Клименов (индекс Хирша 8), профессор отделения материаловедения, Михаил Слободян, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Юрий Иванов (индекс Хирша 26), Институт сильноточной электроники СО РАН, Алексей Киселев, доцент отделения электронной инженерии, Сергей Матренин, доцент Инженерной школы новых производственных технологий.
В работе был синтезирован сплав Ti-Au путем сплавления двух титановых пластин и золотой фольги между ними методом контактной сварки. Основная цель заключалась в изучении возможности управления процессом синтеза по заданным термическим циклам (нагрев металла и скорость его охлаждения).
«Среднее содержание золота в синтезированном сплаве составило около 16 ат. % (42 мас.%). Значения твердости составляли от 6 до 7 ГПа в областях, наиболее обогащенных золотом. На основании полученных результатов были предложены пути возможной оптимизации исследований в данном направлении», — говорится в описании статьи.
Разработанный метод сварки может быть использован в качестве основы для дальнейшего развития методов контроля микроструктуры и свойств синтезированных сплавов с помощью заданных термических циклов, а также для реализации в некоторых промышленных приложениях.
В этом случае, отмечают ученые, химический состав синтезированных сплавов можно легко варьировать, изменяя соотношение толщин металлических пластин. Также есть возможность синтезировать многокомпонентные сплавы путем сплавления пластин различных комбинаций химического состава. Это значительно облегчает и удешевляет исследования.
Инженерная школа энергетики
Журнал: Materials Chemistry and Physics (Q2, ИФ 3,408)
Юлия Васильева, высококвалифицированный рабочий организационного отдела Инженерной школы энергетики, Денис Бутенко, Jilin University, Shilin Li, Jilin University, Wei Han (индекс Хирша 32), Jilin University, Александр Пак (индекс Хирша 9), научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0».
Исследование посвящено получению эффективного катализатора на основе наночастиц карбида молибдена, инкапсулированных в допированную азотом углеродную матрицу. Синтез катализатора произведен безвакуумным электродуговым методом в воздушной среде. Полученный материал демонстрирует хорошие каталитические свойства в реакциях получения водорода из воды, а также показывает относительно высокую стабильность в течение 50 часов при постоянной плотности тока 10 мА/см2.
Журнал: Energy Reports (Q2, ИФ 3,595)
Владимир Саломатов (индекс Хирша 10), Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе, Гений Кузнецов (индекс Хирша 36), профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова (НОЦ И.Н.Бутакова), Семен Сыродой (индекс Хирша 9), научный сотрудник НОЦ И.Н. Бутакова, Надежда Гутарева (индекс Хирша 7), доцент отделения иностранных языков.
Технология водоугольных топлив (ВУТ) относится к разработкам в области новых экологоэффективных способов сжигания угля. Проведенные ранее эксперименты показали, что при распылении ВУТ формируются частицы, поверхность которых покрыта водяной пленкой. При этом до настоящего времени анализа влияния такого водяного слоя на характеристики и условия воспламенения и горения частиц ВУТ не проводилось.
Авторами экспериментально установлены влияния характерных размеров частиц ВУТ и толщин водяного слоя на интегральные характеристики процесса воспламенения. Показано, что период испарения пленки воды может составлять до 60 % от значений времен зажигания.
По результатам экспериментов сформулирована математическая модель процесса воспламенения. Авторами выведено аналитическое решение сложной существенно нелинейной задачи зажигания. Ученые использовали разработанный ранее оригинальный метод «теплового квазистационарного приближения», базирующегося на асимптотических оценках. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов показал хорошее соответствие.
В результате впервые был получен достаточно простой метод решения задач зажигания частиц водоугольного топлива, который позволит проводить оптимизацию конструктивных характеристик и режимов работы камер сгорания котельных агрегатов, сжигающих ВУТ, при проведении опытно-конструкторских работ.
Журнал: Combustion and Flame (Q1, ИФ 4,57)
Александр Коротких (индекс Хирша 9), профессор НОЦ И.Н. Бутакова, Иван Сорокин, инженер-исследователь НОЦ И.Н. Бутакова, Екатерина Селихова, ТПУ, Владимир Архипов (индекс Хирша 11), ТГУ.
Использование металлического порошка в качестве горючего в высокоэнергетических материалах (ВЭМ) является наиболее эффективным методом увеличения удельного импульса и улучшения характеристик горения в камере сгорания летательных аппаратов. ВЭМ обычно содержат алюминиевые порошки с различным гранулометрическим составом.
В работе представлены экспериментальные данные по термическому разложению и зажиганию перспективных ВЭМ на основе ПХА и каучука, содержащих нанопорошки (НП) алюминия Alex, аморфного бора, железа, титана и меди. Установлено, что незначительная добавка 2 мас.% НП железа или меди в ВЭМ, содержащем 13.7 мас. % Alex, снижает время задержки зажигания топлив на 11–16 % при инициировании CO2-лазером в диапазоне плотности теплового потока 60–200 Вт/см2.
Данные добавки также увеличивают реактивную силу оттока продуктов газификации с поверхности горения ВЭМ в 1,3–1,5 раза за счет снижения температуры начала и интенсивного разложения ВЭМ. Частичная замена Alex на 5 мас.% НП бора в составе ВЭМ снижает время задержки зажигания до 20%. Добавление бора увеличивает коэффициент поглощения поверхности топлива и тем самым сокращает время задержки зажигания ВЭМ. При горении частицы бора требуют в 2 раза больше окислителя по сравнению с алюминием, однако из-за их небольшого размера (около 200 нм) и высокой удельной площади поверхности наночастицы бора быстро прогреваются, и их окисление начинается раньше из-за дополнительного тепловыделения в реакционном слое ВЭМ во время разложения ПХА и окисления наночастиц алюминия.
Журнал: Fuel Processing Technology (Q1, ИФ 4,982)
Тимур Валиуллин (индекс Хирша 7), научный сотрудник НОЦ И.Н. Бутакова, Ксения Вершинина (индекс Хирша 12), доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Гений Кузнецов (индекс Хирша 36), профессор НОЦ И.Н. Бутакова, Павел Стрижак (индекс Хирша 33), профессор НОЦ И.Н. Бутакова.
В настоящей работе выполнен сравнительный анализ основных характеристик процессов зажигания и горения группы капель органоводоугольного топлива, а также масла в окружении капель воды. Таким образом воспроизводились условия зажигания и горения в камере сгорания неоднородного топливного аэрозоля, который может сформироваться как за счет пересечения струй различных жидкостей, так и при расслоении многокомпонентных потоков. Также капельные потоки топлива могут формироваться в центре водяной струи для снижения эрозионного износа оборудования. За счет того, что в реальной практике стараются обеспечить смешанную подачу разных компонентов в камеру сгорания, в работе варьировалось расположение капель (масла, топливной суспензии и воды) для воспроизведения условий впрыска каждого из рассмотренных топлив. В соответствии с технологиями использовались размеры (радиусы) капель 0.6 mm, расстояния между ними от 2 до 10 мм.
Дополнительно были проведены эксперименты с нагревом и последующим зажиганием одиночных капель масла и суспензий без капель воды вокруг. Показано, что при уменьшении расстояния между каплями (с 10 мм до 2 мм, т.е. до одного характерного размера капли топлива) времена задержки зажигания (газофазного и гетерогенного в зависимости от компонентного состава) масла и ОВУТ уменьшаются в среднем на 30 %. Времена испарения капель воды снижаются приблизительно на 25 %, если увеличивать расстояния между ними в камере сгорания. Для схемы расположения каплю горючего в центре между шестью капель воды установлено, что времена задержки зажигания масла увеличились на 20–40 %, а органоводоугольного топлива на 40–70 %. Разница температур в схемах зажигания и горения вблизи частицы ОВУТ с водокапельной оболочкой и без нее составила 70–280 °С (в зависимости от температуры воздуха).
Установлено, что введение капель воды в зону горения капли топлива позволяет снизить концентрации SOx и NOx на 50–70 %. Таким образом, результаты экспериментов являются информационной базой для разработки эффективных технологий впрыска многокомпонентных топлив в камеры сгорания, позволяющих сохранить высокие температуры в зоне горения, относительно небольшие антропогенные выбросы и оптимизировать процессы зажигания.
Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий
Журнал: Journal of Petroleum Science and Engineering (Q1, ИФ 3,706)
Imran Ali (индекс Хирша 70), Jamia Millia Islamia, Сергей Губанов, Самарский государственный технический университет (СамГТУ), Кирилл Овчинников, СамГТУ, Валерия Ольховская, СамГТУ, Галина Ковалева, СамГТУ, Евгений Галунин (индекс Хирша 12), научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий (ИШХБМТ), Алексей Ткачев (индекс Хирша 15), Тамбовский государственный технический университет.
В статье рассматривается возможность увеличения расхода высоковязкой нефти путем закачки бинарного химического соединения в двухскважинную систему.
Взаимодействие основного химического реагента с инициатором экзотермической реакции способствует разогреву пласта в пределах радиуса забоя вертикального ствола скважины. Из-за риска необратимых изменений структуры и снижения проницаемости породы при соприкосновении реагентов экстракция нефти проводилась через боковой ствол. Также в работе теоретически и экспериментально доказано, что оптимальная температура пласта в точке отбора может быть достигнута благодаря реологическим характеристикам высоковязкой нефти.
Представлены результаты гидродинамического моделирования темпов бурения скважины и теплового поля пласта для предлагаемого объекта воздействия. Определены оптимальные параметры технологического режима и подтверждено, что интенсификация добычи нефти является критерием эффективности комбинированного метода. Исследования проводились в Бобриковском горизонте (залежь нефти пласта Б2 (B2)) в Самарской области.
Журнал: Energy (Q1, ИФ 6,082)
Николай Цветков (индекс Хирша 13), ТГАСУ, Юрий Кривошеин, ТГАСУ, Александр Толстых, ТГАСУ, Андрей Хуторной, ТГАСУ, Станислав Болдырев (индекс Хирша 11), научный сотрудник ИШХБМТ.
В работе представлена математическая модель для эффективного использования солнечной энергии на основе суточного максимума рассеянной солнечной радиации на горизонтальной и наклонной поверхности, который прогнозировался в течение года с учетом облачности. Моделирование почасовой солнечной радиации выполнено и верифицировано на основе экспериментальных данных, полученных с испытательного стенда и данных по результатам пятилетнего мониторинга на гелиометрической станции г. Якутска.
Выявлены особенности использования солнечной энергии в северных широтах и предложены решения, которые позволяют сократить тепловые потери в ночное время на 57 % в июне и на 69 % в ноябре. Результаты исследования показывают перспективы использования солнечной энергии в районах вечной мерзлоты, декарбонизации энергетического сектора и повышения региональной устойчивости северных территорий.
Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов
Журнал: Acta Astronautica (Q1, ИФ 2,833)
Дмитрий Глушков (индекс Хирша 18), доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Гений Кузнецов (индекс Хирша 36), профессор НОЦ И.Н. Бутакова, Александр Нигай, ТПУ, Вячеслав Яновский, ТГУ.
Выполнено экспериментальное исследование зажигания в высокотемпературной воздушной среде частиц (капель) группы топливных составов на основе керосина и дизельного топлива с добавлением загустителя (диоксида кремния) и противотурбулентной присадки (полигексена), соответственно. Составы топлив следующие: K-100 (100 % керосин), K-99 (1 % масс. диоксид кремния), K-95 (5 % масс. диоксид кремния), K-90 (10 % масс. диоксид кремния), K-85 (15 % масс. диоксид кремния), D-100 (100 % дизельное топливо), D-FTA (0,04 % масс. противотурбулентная присадка ForeFTA по ТУ 2458-002-10022712-2015), D-FTA02 (0,04 % масс. противотурбулентная присадка ForeFTA-02 по ТУ 20.59.42-015-10022712-2018). Топлива K-100, D-100, D-FTA, D-FTA02 проявляют свойства ньютоновских жидкостей, так как их вязкость постоянна при варьировании скорости сдвига в широких диапазонах. Топливные составы на основе керосина K-99 и K-95 являются неньютоновскими жидкостями, так как с увеличением скорости сдвига их вязкость уменьшается, а составы K-90 и K-85 проявляют свойства пластично деформируемых материалов.
Зажигание одиночных частиц (капель) топлив происходило в разогретой воздушной среде при температурах 873–1273 К. С использованием программно-аппаратного комплекса высокоскоростной видеорегистрации установлено, что при разных начальных температурах составов, отличающихся по концентрациям и виду топливных компонент, в течение индукционного периода протекает одинаковая совокупность физико-химических процессов, которая в целом соответствует совокупности процессов, протекающих при зажигании жидких топлив в обычном состоянии (без добавления загустителей и присадок).
Минимальная температура разогретого воздуха, при которой происходит зажигание топлив, составляет 873 К. Времена задержки зажигания капель K-100 и K-99 идентичны, а частиц K-95, K-90 и K-85 больше на 10–30 % по сравнению с длительностью индукционного периода для капель жидкого топлива в обычном состоянии. Для составов на основе дизельного топлива с добавлением 0,04 % противотурбулентной присадки характерно частичное диспергирование капель при нагревании, но протекание этого процесса не влияет на изменение основной характеристики процесса – времени задержки зажигания.
Инженерная школа ядерных технологий
Журнал: Nuclear Engineering and Technology (Q1, ИФ 1,846)
Сергей Беденко, доцент отделения ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ), Андрей Аржанников (индекс Хирша 26), Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН, Игорь Луцик, ТПУ, Вадим Приходько (индекс Хирша 11), Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН, Владимир Шмаков, Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина (РФЯЦ – ВНИИТФ), Дмитрий Модестов, РФЯЦ – ВНИИТФ, Александр Каренгин, доцент ОЯТЦ, Игорь Шаманин (индекс Хирша 7), заведующий Научной лабораторией изотопного анализа и технологий.
Продолжаются исследования в области физики ториевого гибридного реактора, в котором для получения дополнительных нейтронов применена высокотемпературная плазма, удерживаемая в длинной магнитной ловушке (грант РФФИ № 19-29-02005).
Физика гибридных реакторных систем существенно отличается от физики реакторных установок деления и физики термоядерных установок с магнитным удержанием, если их анализировать в отдельности. Одно из основных отличий заключается в том, что подкритическая размножающая система с распределенным в ней делящимся ядерным материалом переводится в строго критическое состояние в импульсно-периодическом режиме. Это происходит в течение коротких импульсов термоядерного горения в газодинамической ловушке, за счет генерации в ней быстрых нейтронов и их попадания в подкритический бланкет.
Гибридная реакторная система – сугубо нестационарная, а процессы, протекающие в ней – пространственно-распределенные. В выполненных исследованиях, в частности, обнаружен эффект формирования «волны делений ядер», распространяющейся по бланкету после однократного импульса термоядерного горения в осевой части гибридной реакторной установки. Определены параметры термоядерного источника нейтронов, которые должны изменяться в течение кампании ядерного топлива для постоянного поддержания размножающей системы в контролируемом околокритическом состоянии. Дальнейшие исследования позволят изучить все особенности гибридных систем, связанные с импульсно-периодическим характером их работы.
Инженерная школа природных ресурсов
Журнал: Applied Geochemistry (Q2, ИФ 2,903)
Екатерина Дутова, профессор отделения геологии.
В работе на современной цифровой платформе приведены результаты региональных обобщений по геохимии подземных вод зоны гипергенеза Алтае-Саянской складчатой области и прилегающих структур Западно-Сибирской плиты. Показаны закономерности изменчивости состава, вод, определяющиеся высотными и широтными ландшафтно-климатическими условиями, приведены формы миграции ряда макро - и микрокомпонентов, охарактеризована равновесность вод с различными минералами.
Подчеркивается, что для зоны гипергенеза Алтае-Саянской складчатой области и прилегающих структур Западно-Сибирской плиты характерна, соответственно, высотная и широтная гидрогеохимические зональности. Общая соленость подземных вод возрастает с понижением высотных ландшафтных условий в Алтае-Саянском регионе, а также с широтными изменениями ландшафта в прилегающих структурах Западно-Сибирской плиты. В той же последовательности увеличивается содержание большинства подвижных химических элементов и усиливается роль сложных форм миграции элементов, расширяется разнообразие минералов в равновесных вторичных образованиях. Основными парагенезисами (геохимическими типами вод и ассоциациями вторичных новообразованных минералов) в регионе являются оксид-гидроксидформирующий, алюмосиликатформирущий, карбонатформирущий и сульфатформирующий.
Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности
Журнал: NDT & E International (Q1, ИФ 3,461)
Али Оздиев, младший научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории неразрушающего контроля, Дмитрий Долматов, инженер Международной научно-образовательной лаборатории неразрушающего контроля, Сергей Лазарев (индекс Хирша 11), научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории неразрушающего контроля.
Представленный в статье подход является одним из способов реализация методов малоракурсной томографии. Ключевой особенностью данного подхода является компенсация недостатка проекционных данных благодаря изменению расстояния между источником излучения и объектов с учетом геометрии конусного рентгеновского пучка.
Подход предполагает интерпретации расходящегося пучка в виде набора лучей, каждый из которых падает на поверхность объекта исследования под уникальным для него углом. Благодаря изменению расстояния между источником и объектом достигается максимальный охват набора лучей, проходящих сквозь объект. Что позволяет увеличить количество информации полезной для трехмерной реконструкции. Подход, в основном, оптимален для применения в инспекции крупногабаритных объектов, вращение и манипуляция которых ресурсозатратно и экономически дорого.
