Кафедра инженерной физики

 Кафедра инженерной физики – одна из старейших в вузе (начала действовать с 1957 года). Занятия по физике сначала проводились в школе № 45, потом в институтском здании, ныне не существующем. Только летом 1963 года лабораторные установки были перебазированы в учебный корпус № 2 с оформлением отдельных лабораторий механики и молекулярной физики, электромагнетизма, оптики и атомной физики. Эта работа выполнялась под руководством первого заведующего кафедрой профессора Л.С. Василевского.

После объединения ВятГУ и ВГГУ в 2015 году кафедра была переименована в кафедру Инженерной физики и разместилась в 14 корпусе опорного университета.

Профессорско-преподавательский состав кафедры

Хлебов Алексей Георгиевич, зав. кафедрой, к.ф.м.н., доцент

Кузьмин Владимир Алексеевич, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

Бобров Александр Сергеевич, к.т.н., доцент

Будин Артемий Геннадьевич. к.т.н., доцент

Гребенщиков Леонид Тимофеевич, к.т.н., доцент

Гребенщиков Максим Леонидович, к. т. н., доцент

Заграй Ираида Александровна, к.т.н., доцент, старший научный сотрудник

Зырянов Илья Андреевич к.т.н., доцент

Кантор Елена Валентиновна, к. ф.м.н., доцент

Позолотин Александр Павлович, к.т.н., доцент

 

Кафедра инженерной физики ведет обучение студентов всех инженерных специальностей: электроэнергетика, строительство, машиностроение и др.

В состав кафедры входят 4 учебные лаборатории; «Механики», «Молекулярной физики и термодинамики», «Электромагнетизма», «Оптики и квантовой физики». Работает научно-образовательный центр «Физика горения и экстремальных процессов» и научно-исследовательская лаборатория «Теплофизические исследования».

 

Научная работа кафедры ИФ

1.Научно-образовательный центр «Физика горения и экстремальных процессов»

В научно-образовательном центре ведутся исследования процесса горения в присутствии электрического поля. Проводятся фундаментальные и прикладные исследования в области физики горения и смежных отраслей науки в рамках междисциплинарных направлений творческими коллективами, объединяющими ведущих ученых, молодых исследователей, аспирантов и студентов.

Цель - оптимизация энергетических установок путём управления скоростью горения и полнотой сгорания топлива, что достигается воздействием электростатическим полем на процесс горения.

 

Задачи, решаемые в рамках исследований:

1. На основании экспериментальных исследований установление закономерностей воздействия электростатического поля на пламёна.

2. Выявление возможных механизмов влияния поля на процессы газообразования при горении конденсированных веществ.

3. Исследование закономерностей и механизмов влияния электростатических полей на горение в модельной энергетической установке – гибридном ракетном двигателе (ГРД).

На данный момент полученные результаты показывают возможности управления параметрами горения топлив в различных агрегатных состояниях:

Электрополевое воздействие на факел пламени топлив в различных агрегатных состояниях приводит к его деформации и изменению температуры горения. Диапазон изменения температуры составляет ±100К (при температуре пламени 1200К).

Воздействие полем топливо при горении жидких и твердых горючих позволяет как интенсифицировать, так и подавлять горение. В экспериментах зафиксировано увеличение скорости горения до 700% и снижение скорости горения до 40% от начальной. Величина эффекта определяется напряженностью и местом локализации поля.

Исследования, проведенные на сконструированном и созданном экспериментальном стенде с модельным гибридным ракетным двигателем показали, что при наложении электрического поля наблюдается увеличение тяги двигателя. Наряду с увеличением тяги двигателя, наблюдается увеличение скорости регрессии конденсированного компонента топлива при постоянном расходе окислителя.

Коллективом кафедры выполнены контракты:

Грант РФФИ №10-07-00528а 2010-2012г, НИР №59, ПСР 2.3.1-10

Грант РФФИ №15-48-02220 р

На данный момент в лаборатории работают 4 доцента кафедры (Зырянов И.А., Бобров А.С, Будин А.Г, Позолотин А.П.), и 3 инженера. Коллективом защищены 4 кандидатские диссертации:

По результатам работы коллективом опубликованы 69 работ: 1 монография, 15 статей в рецензируемых научных журналах, 52 тезиса докладов конференций, получен 1 патент на изобретение.

 

2.Научная лаборатория «Теплофизические исследования»

Состав научного коллектива:

	Кузьмин Владимир Алексеевич, главный научный сотрудник кафедры инженерной физики Вятского государственного университета.   Ученая степень: доктор технических наук (1992). Специальность: 05.07.05 Тепловые двигатели летательных аппаратов. Тема диссертации: «Математическое моделирование процессов теплового излучения ракетных двигателей на твердом топливе». Учёное звание: профессор (1994) Идентификаторы учёного: Researcher ID (Web of Science Core Collection, Publons): J-6741-2017 Author ID (Scopus): 56800133400 ORCID: 0000-0001-9979-4610 Author ID (РИНЦ): 185000 SPIN-код (Science Index в РИНЦ): 6393-1028 Email: kuzmin@vyatsu.ru
	Заграй Ираида Александровна, старший научный сотрудник кафедры инженерной физики Вятского государственного университета.   Ученая степень: кандидат технических наук (2012). Специальность: 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника. Тема диссертации: «Моделирование оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энергетических установок». Идентификаторы учёного: Researcher ID (Web of Science Core Collection, Publons): J-6671-2017 Author ID (Scopus): 57190173278 ORCID: 0000-0002-8886-8677 Author ID (РИНЦ): 592684 SPIN-код (Science Index в РИНЦ): 1561-7414 Email: zagray@vyatsu.ru
	Шмакова Наталья Александровна, старший преподаватель кафедры систем автоматизации управления Вятского государственного университета   Идентификаторы учёного: Researcher ID (Web of Science Core Collection, Publons): HKE-3411-2023 Author ID (Scopus): 57198347793 ORCID: 0000-0002-7718-7681 Author ID (РИНЦ): 404113 SPIN-код (Science Index в РИНЦ): 2552-0070 Email: usr09554@vyatsu.ru

 

Основные научные направления:

– исследование процессов теплового излучения  в ракетных двигателях, двигателях внутреннего сгорания и энергетических установках; 

– совершенствование методов контроля тепловых режимов работы двигателей и энергоустановок;

– разработка методик расчета оптических свойств, радиационных характеристик и теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания и дисперсных систем;

– математическое моделирование процессов теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания двигателей и энергоустановок;

– исследование роли теплового излучения в процессах воспламенения и горения дисперсных систем;

– пирометрирование и тепловизирование рабочих сред и поверхностей энергетических установок, работающих на органическом топливе. 

Работы ведутся по нескольким приоритетным стратегическим направлениям науки и техники:

«Энергетика и энергосбережение»: Использование местных возобновляемых топливных ресурсов в теплоэнергетике;

«Перспективное вооружение, военная и специальная техника»: Исследование теплового излучения модельных ракетных двигателей.

В настоящее время группа профессора В.А. Кузьмина проводит научно-исследовательскую работу, связанную с повышением эффективности энергетических установок, работающих на торфе, и снижением их экологического воздействия.

Участие в научных проектах (руководитель – Кузьмин В.А.)

• «Разработка программно-аппаратного комплекса по определению температуры продуктов сгорания в котлоагрегатах при сжигании твердых видов топлива» (Программа «У.М.Н.И.К.» при поддержке Фонда содействия инновациям, договор № 15680ГУ/2020, 2020–2021)
• «Разработка технологии вычислительного эксперимента при комплексном исследовании теплового излучения в высокоэнергетических установках» (Грант РФФИ 16-07-01145 а, 2016–2018)
• «Разработка практических рекомендаций по повышению эффективности работы энергоустановок, работающих на торфе» (региональный грант РФФИ «Поволжье» 15-48-02482, 2015–2017)
• «Разработка практических рекомендаций по повышению эффективности работы энергетических установок, работающих на торфе» (НИР ПСР ВятГУ 2.3.1-11, 2014)
• «Разработка технических рекомендаций по повышению эффективности работы теплоэнергетических установок промышленных и жилищно-коммунальных предприятий» (НИР ПСР ВятГУ 2.3.1-5, 2012).
•  «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (Научный проект 205.02.01.004 НТП Министерства образования России, раздел «Транспорт», подраздел «Ракетно-космические системы», 2001–2002)
• «Фундаментальные исследования высшей школы-2000» (Научный проект 05.02.01.27  по программе «Научные исследования высшей школы в области транспорта», подраздел «Ракетно-космические системы», 2000)
• «Теоретические основы излучения гетерогенных продуктов сгорания ракетных двигателей на твёрдом топливе» (НИР по фундаментальным исследованиям в области авиационной и ракетно-космической техники, 1999–2000)
• «Разработка методов конвективно-диэлектрической сушки древесины» (совместно с Уральской государственной лесотехнической академией, 1996–1998)
• «Взаимодействие тел с гетерогенными потоками» (Координационный план НИР ИВТ РАН, 1986–1989)
• «Теоретические и экспериментальные исследования радиационно-конвективного теплообмена в двухфазных потоках» (Координационный план НИР по комплексной проблеме «Теплофизика», шифр 1.9.1.7, 1981–1985)
• Постановление ГКНТ № 11 от 19.01.1976, задание 4.4. «Исследовать процессы, пути интенсификации, методы расчёта радиационного и сложного теплообмена в технологических процессах и тепловых агрегатах различного назначения» (1976–1979, руководитель)

Подготовка кадров высшей квалификации (руководитель – Кузьмин В.А.)

Подготовлено четыре кандидата наук. Проблематика работ аспирантов связана с исследованием теплового излучения энергетических установок методом вычислительного эксперимента (Бельтюков А.А., 2004, место защиты: Вятский государственный университет, специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника), со спектрорадиометрическими исследованиями гетерогенных продуктов сгорания при наличии температурной неравновесности (Гребенщиков М.Л., 2004, место защиты: Вятский государственный университет, специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника), с исследованием теплового излучения продуктов сгорания энергетических установок методом вычислительного эксперимента (Кутергина Н.А., 2012, место защиты: Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н.Туполева – КАИ специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника), с моделированием оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энергетических установок (Заграй И.А., 2012, место защиты: Казанский государственный энергетический университет, специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника).

Под руководством профессора Кузьмина в докторантуре ВятГУ прошла обучение доцент кафедры инженерной физики Заграй И.А. по специальности 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты (2013–2016 гг.). В настоящее время ведется работа по представлению докторской диссертации Заграй И.А. по специальности 1.3.14 (01.04.14) Теплофизика и теоретическая теплотехника.

Научное сотрудничество

07.07.2023 заключено соглашение о сотрудничестве между ФГБУН ФИЦ «Казанский научный центр РАН» и ФГБОУ ВО ВятГУ. Ученые кафедры инженерной физики (Кузьмин В.А., Заграй И.А.) совместно с сотрудниками лаборатории «Энергетические  системы и технологии» Института энергетики и перспективных технологий ФИЦ КазНЦ РАН проводят работы по определению химического состава торфа, спектральных радиационных характеристик газовой фазы и частиц конденсированной фазы для расчетов температурных режимов по выходу летучих и пиролизе коксового остатка при организации процесса газификации топлива с учетом количества топливного газа и спеченности углеродного материала.

Дипломы, свидетельства

 

 

Публикации в СМИ

«Ученые оценили влияние промышленных выбросов на атмосферу Земли» // Медиагруппа «Россия сегодня». 27.06.2023, 09:00.

Научные публикации

Монографии:

1. Кузьмин В.А., Заграй И.А. Радиационные характеристики дисперсных систем энергетических установок: монография. –  Изд-во: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 140 с. ISBN: 978-3-659-51152-3
2. Кузьмин В.А. Тепловое излучение в двигателях и энергетических установках: монография. – Киров: ООО Фирма «Полекс», 2004. – 231 с.
3. Блох А.Г., Клабуков В.Я., Кузьмин В.А. Радиационные характеристики полидисперсных систем сферических частиц: монография. – Горький: Волго-Вятск. кн. изд-во, 1976. – 112 с.

Статьи в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science:

1. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Shmakova N.A. Determining the Steam Boiler Furnace Gas Temperature and Emissivity during Flame Combustion of Peat // Thermal Engineering. 2023. Vol. 70. No. 1. P. 55–62
2. Кузьмин В.А., Заграй И.А, Шмакова Н.А. Влияние промышленных выбросов предприятий теплоэнергетики на поглощение солнечного излучения в атмосфере // Теорeтическая и прикладная экология. 2023. № 1. C. 170–178
3. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Shmakova N.A. Thermal emission characteristics of combustion products from rocket engines. Part 1. Investigating the nature and level of emission for model LPRE and SPRE // Thermophysics and Aeromechanics. 2022. Vol. 29. No. 3. P. 427–436
4. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Shmakova N.A. Thermal emission characteristics of combustion products from rocket engines. Part 2. Investigating the influence of various factors for SPRE // Thermophysics and Aeromechanics. 2022. Vol. 29. No. 4. P. 567–577
5. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Десятков И.А. Контроль образования оксидов азота в топке парового котла с целью защиты атмосферного воздуха от загрязнения // Теорeтическая и прикладная экология. 2021. № 3. C. 126–132
6. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Desiatkov I.A. Investigation of emission characteristics and temperature of furnace gases in BKZ-210-140F steam boiler: milled peat combustion and support flaming with natural gas // Thermophysics and Aeromechanics. 2021. Vol. 28. No. 2. P. 303–313
7. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Maratkanova E.I. Model of solid fuel rocket engine: thermal emission characteristics from a plume calculated with account for temperature and speed non-equilibrium between gas and particle flows // Thermophysics and Aeromechanics. 2019. Vol. 26. No. 1. P. 69–77
8. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Maratkanova E.I., Desiatkov I.A. Investigation of thermal radiation of furnace gases generated from solid-fuel combustion in a steam boiler // Thermophysics and Aeromechanics. 2019. Vol. 26. No. 2. P. 301–314
9. Kuzmin V.A., Maratkanova E.I., Zagrai I.A. Modeling of thermal radiation of combustion products in the model solid rocket engine plume // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 1801–1807
10. Kuzmin V.A., Zagrai I.A. A comprehensive study of combustion products generated from pulverized peat combustion in the furnace of BKZ-210-140F steam boiler // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 891. P. 012226
11. Kuzmin V.A., Zagrai I.A. Simulation of thermal radiation from heterogeneous combustion products of peat burning in power plants // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2017), Saint Petersburg, Russia, 16-19 May. 2017. IEEE Xplore. P. 1 – 5
12. Kuzmin V.A., Zagrai I.A., Shmakova N.A. Modeling of thermal radiation of combustion products in the gas generator // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM 2017), Saint Petersburg, Russia, 16-19 May. 2017. IEEE Xplore. P. 1 – 5
13. Kuz’min V.A., Maratkanova E.I., Zagrai I.A, Rukavishnikova R.V. Thermal radiation of heterogeneous combustion products at the nozzle exit of the rocket microengine // Russian aeronautics. 2016. Vol. 59. No.4. P. 579–586
14. Kuz’min V.A., Maratkanova E.I., Zagrai I.A, Rukavishnikova R.V. Simulation of thermal radiation emitted by heterogeneous combustion products in the combustion chamber of a model engine // Russian aeronautics. 2016. Vol. 59. No.1. P. 100–106
15. Kuzmin V.A., Maratkanova E.I., Zagray I.A., Rukavishnikova R.V. Thermal radiation of heterogeneous combustion products in the model rocket engine plume // Thermophysics and Aeromechanics. 2015. 22(3). P. 371–386

Статьи в журналах из перечня ВАК:

1. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Шмакова Н.А.  Определение температуры и излучательной способности топочных газов парового котла при факельном сжигании торфа // Теплоэнергетика. 2023. №1. С. 66–74.
2. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Шмакова Н.А. Определение излучательной способности и температуры топочных газов парового котла при факельном сжигании угля // Тепловые процессы в технике. 2023. Т.15. № 3. С.133–137
3. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Шмакова Н.А. Характеристики теплового излучения продуктов сгорания ракетных двигателей. Часть 1. Исследование характера и уровня излучения для модельных ЖРД и РДТТ // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 3. С. 451–460
4. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Шмакова Н.А. Характеристики теплового излучения продуктов сгорания ракетных двигателей. Часть 2. Исследование влияния различных факторов для РДТТ // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 4. С. 597–607
5. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Десятков И.А. Исследование характеристик излучения и температуры топочных газов парового котла БКЗ-210-140Ф при факельном сжигании фрезерного торфа с подсветкой природным газом // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28. № 2. С. 303–313
6. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Маратканова Е.И. Характеристики теплового излучения факела модельного ракетного двигателя на твердом топливе с учетом скоростной и температурной неравновесностей газа и частиц // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 1. С. 75–84
7. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Маратканова Е.И., Десятков И.А. Исследование теплового излучения топочных газов в паровом котле при сжигании твердых топлив // Теплофизика и аэромеханика. 2019. Т. 26. № 2. С. 301–315
8. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Десятков И.А. Определение плавкости золы торфа месторождений Кировской области // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2018. Том 20. № 11-12. С. 27–33
9. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Десятков И.А. Исследование дисперсности и химического состава частиц в продуктах сгорания при сжигании газоторфяной смеси в паровом котле БКЗ-210-140Ф // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2016. № 5-6. С. 55–64
10. Кузьмин В.А., Маратканова Е.И., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В. Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания на срезе сопла ракетного микродвигателя // Известия вузов. Авиационная техника, 2016. № 4. С. 3–9
11. Кузьмин В.А., Маратканова Е.И., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В. Моделирование теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания в камере сгорания модельного двигателя // Известия вузов. Авиационная техника, 2016. № 1. С. 92–97
12. Кузьмин В.А., Заграй И.А. Исследование характеристик излучения продуктов сгорания газогенератора // Вектор науки ТГУ. 2015. № 4 (34). С. 53-59
13. Кузьмин В.А., Маратканова Е.И., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В. Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания в факеле модельного ракетного двигателя // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Том 22. № 3. С. 385–400
14. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В., Маратканова Е.И. Исследование оптических свойств и дисперсности частиц продуктов сгорания энергетических установок, работающих на торфе // Тепловые процессы в технике. 2015. № 4. С. 188–192
15. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Рукавишникова Р.В. Комплексное исследование теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания при сжигании торфа в энергетических установках // Тепловые процессы в технике. 2015. № 10. С. 459–464
16. Кузьмин В. А., Заграй И. А., Рукавишникова Р. В. Тепловое излучение гетерогенных продуктов сгорания при сжигании торфа // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2015. № 3-4. С. 58-67
17. Кузьмин В.А., Заграй И.А., Россохин А.В., Рукавишникова Р.В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2013. №11-12. С. 3–10
18. Кузьмин В.А., Кутергина Н.А. Комплексный расчет характеристик излучения и радиационных характеристик в энергетических установках // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011. №3-4. С. 41-48
19. Кузьмин В.А., Заграй И.А. Радиационные характеристики частиц конденсированной фазы гетерогенных продуктов сгорания в энергетических установках // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №1-2. С.14–20
20. Кузьмин В.А., Заграй И.А. Радиационные характеристики частиц двигателей и энергетических установок // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №3-4. С.11–14.

Свидетельства на программу ЭВМ:

Свидетельство РФ № 2021667438 о государственной регистрации программы для ЭВМ / Temper: № 021667015: В.А. Кузьмин, И.А. Заграй, Н.А. Шмакова, А.Л. Адеков. Заявитель Вятский гос. ун-т. Заявл. 29.10.2021. Опубл. 29.10.2021