По итогам проведения конкурса 2022 на получение грантов РНФ по приоритетному направлению деятельности «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» получил поддержку проект Раисы Хакимовны Болотновой «Пространственное моделирование режимов формирования экстремально расширяющихся струй криогенных жидкостей в условиях низких давлений и температур».

В проекте предполагаются исследования, связанные с теоретическим изучением процессов формирования экстремально расширяющихся струй криогенных жидкостей при распылении из тонкого цилиндрического канала в вакуумную камеру, обусловленных взрывным вскипанием и повышением давления за счет лавинного роста микропузырьков пара.

Актуальность таких исследований следует из важности проблемы обеспечения безопасности освоения космического пространства, защиты окружающей среды и направлены на достижение надежности функционирования, эффективности и снижения стоимости двигателей космических аппаратов, использующих безопасные топливные элементы такие, как комбинация жидкого кислорода и водорода или метана. Распыление в вакуумную атмосферу космоса подобных криогенных жидкостей сопровождается спонтанным вскипанием, за счет которого достигаются высокие скорости истечения струи с формированием мелкодисперсных капель с большим углом раскрытия струи.

Важность анализа распределения в вакуумной камере фаз флюида, диаметра, концентрации и температуры микрокапель состоит в определении оптимальных режимов, приводящих в дальнейшем к успешному воспламенению, с целью интенсификации реактивной тяги ракетного двигателя.

Научная новизна проекта заключается в предлагаемых новых подходах при теоретическом и численном исследовании обозначенной проблемы на основе планируемой разработки новой пространственной модели многофазной газо- парожидкостной среды. Для описания термодинамических свойств изучаемой криогенной жидкости будет построено новое широкодиапазонное уравнение состояния жидкости и пара в аналитической форме Ми-Грюнайзена с использованием методики, ранее разработанной участниками проекта.

Планируется проведение численных исследований с привлечением параметрического анализа по влиянию начальных условий на эволюцию во времени формы и структуры формирующейся парожидкостной вскипающей криогенной струи азота и пространственное распределение капель и их размера. Предлагаемые новые решения для выдвинутой научной проблемы и подходы особенно важны и актуальны, так как позволяют получить рекомендации при разработке малых ракетных двигателей и устройств, работающих на реактивной тяге в условиях вакуумной атмосферы и криогенных температур.