Цитируемые ученые: сенсоры для определения синтетических красителей в продуктах и испытания моделирующего комплекса

Проект «Цитируемые ученые» подвел итоги публикационной активности политехников на Сервере учета публикаций вуза за февраль 2018 года. Так, в феврале на сервере зарегистрированы 25 статей в журналах с высоким импакт-фактором, 20 статей опубликованы в журналах первого и второго квартилей (Q1 и Q2).

В февральском выпуске проекта «Цитируемые ученые» самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 63. Самый высокорейтинговый журнал, в котором опубликовались политехники, имеет импакт-фактор 4,798.

Кроме того, 28 февраля эксперт компании Clarivate Analytics (бывшее подразделение Thomson Reuters) Павел Касьянов провел семинар-вебинар в рамках курсов повышения квалификации отдела развития публикационной активности ТПУ на тему «Публикационная стратегия современного университета». Запись вебинара доступна по ссылке.

Инженерная школа природных ресурсов

Ольга Липских, ассистент отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов, Елена Короткова, профессор отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов, Екатерина Христунова, инженер Инженерной школы природных ресурсов, Жири Барек, профессор отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов, Бохумил Кратохвил, профессор отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов.

Журнал: Electrochimica Acta (IF 4,798; Q1)

Сенсоры для вольтамперометрического определения азокрасителей в пищевых продуктах — критический обзор

В настоящее время синтетические красители широко используются в пищевой промышленности. При этом многие из них небезопасны для организма человека, особенно в дозах, превышающих предельно допустимую концентрацию (ПДК). Для экспрессного контроля качества пищевых продуктов на содержание синтетических пищевых красителей используются электрохимические сенсоры, отличающиеся простотой в использовании, мобильностью и низкой стоимостью.

В статье научного коллектива представлен критический обзор имеющихся электрохимических сенсоров для определения синтетических красителей азогруппы в пищевых продуктах, приведены достоинства и недостатки каждой группы сенсоров, даны рекомендации по их использованию в пищевой промышленности.

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов

Laegsgaard J. (h-индекс: 28), Роман Егоров, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Ilday F.O. (h-индекс: 29), Boppart S.A. (h-индекс: 63), Turchinovich D. (h-индекс: 22) и др.

Журнал: Photonics Research (IF 4,679; Q1).

Применение нелинейно профилированного оптического волокна для малошумной генерации лазерных импульсов, перестраиваемой в сверхшироком диапазоне длин волн

В данной научной работе отмечается, что длина волны лазерного излучения предопределяется свойствами материала, использованного в качестве усиливающей среды. Следовательно, генерация излучения на произвольной длине волны является фундаментальной проблемой в науке о свете.

При этом известные решения этой задачи, включая параметрическую генерацию, требующую сложных экспериментальных стендов, а также использование спектрально обрезанного суперконтинуума, используют преимущества простой волоконно-оптической технологии. Лазерные импульсы с фиксированной длиной волны конвертируются в спектрально сверх-широкополосное выходное излучение, из которого фильтром вырезается требуемая длина волны.

«К сожалению, данный процесс принципиально связан с возникновением неприемлемого уровня оптических шумов, которые зачастую исключают многие варианты практического применения источников оптического суперконтинуума», — отмечают исследователи.

В статье показано, что введением в фемто-секундный лазер пассивного оптического элемента (фотон-кристаллического волокна с переменным диаметром ядра), можно достаточно просто организовать плавную перестройку длины волны излучения в очень широком диапазоне при низком уровне шумов и без механического изменения конструкции лазера. Это достигнуто за счет двойного взаимодействия нелинейных эффектов с чирпированием импульсов в лазерном источнике, а также чирпирования и синхронизации фаз излучения в волокне с коническим сечением. В качестве первой демонстрации этой простой и дешевой технологии представлен фемтосекундный волоконный лазер с плавной перестройкой длины волны излучения вдоль всего видимого диапазона.

Максим Пискунов, ассистент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Роман Волков, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики, Павел Стрижак, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и др.

Журнал: Applied Thermal Engineering (IF 3,444; Q1)

Нестационарные поля температуры испаряющихся капель воды при кондуктивном, конвективном и радиационном нагреве

В статье приведены результаты исследования процесса высокотемпературного прогрева и испарения капель воды в условиях преобладания одного из трех механизмов подвода теплоты: кондуктивного, конвективного, радиационного.

Отмечается, что, так как этот процесс является существенно нестационарным, то применение даже миниатюрных малоинерционных термопар было затруднено для анализа основных характеристик процесса. Поэтому исследователями применялся бесконтактный оптический метод плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции.

«Разработаны три экспериментальных стенда для нагрева капли воды на подложке (кондуктивный механизм), в муфельной печи (радиационный) и потоке разогретого воздуха (конвективный). Плотности тепловых потоков изменялись в широких диапазонах (кондуктивного 1–6 кВт/м2, радиационного 0,1–17 кВт/м2, конвективного 0,1–3,5 кВт/м2), соответствующих перспективным высокотемпературным газопарокапельным технологиям в областях огневой и термической очистки жидкостей от нерегламентных примесей, полидисперсного пожаротушения и других. В таких практических приложениях температуры среды, как правило, выше 500 °C (иногда выше 1000 °C). Начальные размеры (радиусы) капель воды изменялись в диапазоне 1–2 мм», — говорится в статье.

С применением высокоскоростной системы видеорегистрации были установлены времена полного испарения капель воды. При использовании метода плоскостной лазерно-индуцированной флуоресценции установлены количественные отличия скоростей прогрева (соотношения времен прогрева к временам полного испарения) капель воды в рамках трех механизмов теплопередачи.

Кроме того, в ходе работы были определены максимальные значения температур, до которых прогреваются капли воды, получены критериальные зависимости, связывающие основные характеристики процесса формирования температурного поля испаряющейся капли воды и условия нагрева и выделены направления возможного использования полученных результатов и развития разработанного экспериментального подхода.

Дмитрий Глушков, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Павел Стрижак, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и др.

Журнал: Applied Thermal Engineering (3,444; Q1)

Экспериментальное и теоретическое исследование зажигания слоя угольной пыли горячей частицей

Данное исследование посвящено изучению процессов зажигания слоя диспергированного бурого угля горячими металлическими частицами. Экспериментально установлены пределы газофазного зажигания угля и времена задержки зажигания угля при варьировании параметров твердого топлива и металлических частиц в широких диапазонах: дисперсность угля от 0,1 до 1 мм; форма металлических частиц: сфера, диск, куб; их начальная температура 1 000–1 400 К.

«В соответствии с установленными экспериментальными закономерностями была разработана математическая модель, описывающая процессы тепломассопереноса и химического реагирования в окрестности локального источника нагрева. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными: пределы газофазного зажигания угля, времена задержки зажигания угля, три режима инициирования горения, характеризующиеся расположением зоны зажигания летучих веществ в окрестности горячей частицы», — говорится в статье.

Разработанная учеными математическая модель хорошо прогнозирует условия пожароопасного взаимодействия горячих металлических частиц со слоем диспергированного угля. Приведен анализ границ применимости разработанной математической модели в теплоэнергетике и теории пожарной опасности.

Инженерная школа ядерных технологий

Евгений Нестеров, научный сотрудник лаборатории №31 ядерного реактора Инженерной школы ядерных технологий и др.

Журнал: Nuclear Fusion (IF 3,307; Q1)

Исследование свойств вольфрама, облученного в атмосфере водорода

В статье представлены результаты экспериментов с образцами вольфрама двойной очистки марки DF, облученными в исследовательском реакторе WWR-K в атмосфере водорода и гелия. Время облучения составляло 3 255 часов (135,6 дня). После облучения в реакторе исследовались уровни активности образцов вольфрама, твердость и микроструктура, а также были проведены рентгеновские наблюдения и изучение текстуры. Водород, выходящий из облученных образцов вольфрама, был измерен с использованием метода TDS.

Уточняется, что концентрация водорода в вольфрамовых образцах, облученных водородом, была выше, чем в образцах, облученных в атмосфере гелия. Показано, что поверхностная микроструктура вольфрамовых образцов, облученных водородом, характеризуется наличием эрозии, микроячеек, включений и блистеров в виде пузырьков, которые ранее не наблюдались для вольфрама, облученного в водородной среде. Наблюдение микроструктуры поверхности вольфрама, облученной в гелии, показало небольшую эрозию.

Юргинский технологический институт

Владимир Данилов, профессор кафедры сварочного производства ЮТИ, Дина Орлова, ассистент отделения естественных наук Школы базовой инженерной подготовки.

Журнал: Materials Science and Engineering A. (IF 3,094; Q1)

Кинетика и морфология деформации Людерса в структурно однородных образцах и в образцах со сварным швом

В исследовании рассматривается процесс упругопластического перехода в виде полос Чернова-Людерса в однородных образцах малоуглеродистой стали и в образцах со сварным швом. В результате установлены основные закономерности зарождения и развития полос. При этом в структурно однородных образцах зарождение полос носит стохастический характер.

«Установлено, что темп формирования зародыша полосы Чернова-Людерса более чем на порядок выше темпа ее расширения. Рассмотрены ситуации, при которых в объекте одновременно развивается более одной полосы, и поэтому наблюдается несколько движущихся фронтов. Установлено, что во всех случаях скорости движения фронтов полос Чернова-Людерса взаимно согласованы так, что в любой момент времени обобщенная скорость расширения продеформированной зоны является постоянной величиной», — отмечают авторы работы.

Проанализировано влияние скорости деформирования на кинетику фронтов полос Чернова-Людерса. Как обобщенная скорость расширения деформированной зоны, так и скорости индивидуальных фронтов возрастают с ростом скорости нагружения. Установлен нелинейный (степенной) характер данной зависимости.

«Фронты полос Чернова-Людерса имеют сложную структуру. Перед фронтом в недеформированной части образца возможно зарождение предвестников, конфигурация которых напоминает зародыш полосы Чернова-Людерса. При встрече фронты смежных полос аннигилируют», — подчеркивается в научной работе.

Наличие структурной неоднородности в виде сварного шва приводит к тому, что зарождение полосы Людерса происходит на границе такой области. При этом кинетика и морфология фронтов полосы Людерса внутри этой области и в остальном металле существенно различается. Для получения сварного шва были использованы два способа ручной дуговой сварки плавящимся электродом: традиционная сварка стационарной дугой и импульсная сварка с контролируемым тепловложением. В зависимости от способа сварки упругопластический переход реализуется по разным сценариям. При использовании традиционной сварки стационарной дугой в нагружаемом образце зародыша полосы Чернова-Людерса формируется в наплавленном металле сначала в виде диффузных областей локализации деформации, которые заполняют шов и переводят его в пластически деформированное состояние. Подвижные фронты полосы окончательно оформляются в зонах термического влияния и переходят в основной металл. Скорости фронтов и их морфология идентичны характеристикам фронтов в однородных объектах из аналогичной стали.

В случае импульсной дуговой сварки зарождение полос Чернова-Людерса происходит на удалении от сварного шва у захватов нагружающего устройства. До зон термического влияния морфология и скорости фронтов соответствуют данным для основного металла. На границе сплавления фронт останавливается и формирует зародыш новой полосы, который прорастает в металл шва. Эта новая полоса сначала переводит в деформированное состояние наплавленный металл, а затем создает подвижный фронт в противоположной зоне термического влияния. Скорости фронтов в наплавленном и основном металлах отличаются на порядок.

«Данные факты демонстрируют, что упрощенное представление о полосе Чернова-Людерса как деформированной области в нагружаемом образце, а о фронте полосы как границе между деформированной и недеформированной зонами должно быть пересмотрено. Полученные в статье результаты дают основание полагать, что фронт полосы Чернова-Людерса является зоной аккомодации пластически деформируемых зерен, а потому он имеет сложное строение. Структурно-фазовая неоднородность в виде сварного шва детерминирует процесс зарождения полос Чернова-Людерса», — подытоживают ученые.

Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности

Wang Z. (h-индекс: 23), Игорь Минин, старший научный сотрудник отделения электронной инженерии Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности и др.

Журнал: Annalen der Physik (IF 3,039; Q1)

Эффект аподизации цилиндрической частицы-линзы с увеличенной интенсивностью в фокусе

В исследовании впервые показано, что локализовать электромагнитное поле в теневой области частицы до субдифракционного размера можно с помощью диэлектрических цилиндрических мезоразмерных частиц-линз, освещаемых с торца.

«С точки зрения геометрической оптики это невозможно. Более того, при амплитудной аподизации освещаемой стороны (торца) частицы происходит не только улучшение разрешения, как при классической аподизации линз, но и усиление интенсивности поля в области фокуса, что невозможно в классической аподизации линз или сферических частиц (там интенсивность поля падает, а не возрастает при увеличении разрешения). Это позволяет существенно расширить принцип построения оптических наноскопов и области применения частиц в задачах субдифракционной локализации поля, где применение сферических частиц по каким-то причинам, включая технологические, невозможно», — уточняют авторы.

Экспериментальное подтверждение обнаруженного эффекта аномальной аподизации будет опубликовано в другой статье (уже принята в печать).

Инженерная школа новых производственных технологий

Екатерина Алферова, доцент отделения материаловедения Инженерной школы новых производственных технологий, Дмитрий Лычагин, профессор кафедры технологии машиностроения ЮТИ.

Журнал: Mechanics of Materials (IF 2,651; Q1)

Самоорганизация пластической деформации и деформационного рельефа в ГЦК-монокристаллах

Настоящая научная работа направлена на установление закономерностей формирования деформационного рельефа различного типа посредством октаэдрического скольжения, способов его самоорганизации и способности к релаксации напряжений. В работе количественно показано, что с увеличением масштаба структурного элемента деформационного рельефа в последовательности (следы сдвига, мезополосы, макрополосы, складки) возрастает неоднородность деформации в местах их стыка.

В то же время внутри области занятой одним типом рельефа самоорганизация деформации осуществляется так, что неоднородность деформации внутри занимаемой области снижается, а деформация в любом локальном месте стремится к средней деформации грани.

В работе установлено, что формирование деформационного рельефа на поверхности кристалла посредством октаэдрического скольжения — это способ релаксации приложенного напряжения на мезо- и макроуровне. Выявлено, что самоорганизация следов сдвига в пачки следов, мезо- и макрополосы обеспечивает снижение локальных напряжений в месте их формирования в сравнении с зоной занятой следами сдвига.

«Оценочные расчеты показали, что разница в степени повышения локального напряжения между различными типами структурных элементов рельефа составляет порядка 40 %. Показано, что развитие квазипериодического профиля поверхности кристалла после пластической деформации протекает в условиях нестабильности Азаро-Тиллера-Гринфельда, рассчитаны критические длины волны возмущений поверхности λc для структурных элементов рельефа различного типа», — говорится в исследовании.

Подчеркивается, что качественное подобие деформационного рельефа, формирующегося в ГЦК-монокристаллах, позволяет предположить общность приведенных результатов.

Инженерная школа энергетики

Михаил Андреев, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Моделирование электроэнергетических систем» Инженерной школы энергетики, Юрий Боровиков, профессор отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, Александр Гусев, профессор отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, Николай Рубан, доцент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, Алексей Суворов, ассистент отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики, Руслан Уфа, старший преподаватель отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики и др.

Журнал: IET Generation, Transmission & Distribution (IF 2,213; Q2)

Применение Всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем для исследования и настройки импульсной и длительной разгрузки турбины

Статья посвящена описанию имеющегося опыта практического применения Всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС) для решения конкретных задач по управлению Тюменской энергосистемой.

В частности, в публикации представлены фрагменты исследований противоаварийной разгрузки энергоблоков. C помощью ВМК РВ ЭЭС удалось решить одну из сложнейших задач электроэнергетической отрасли России — адекватно настроить автоматику противоаварийной разгрузки энергоблоков мощной тепловой электрической станции города Сургут Тюменской энергосистемы, что не удавалось сделать ранее. Настройкой данной автоматики в значительной степени определяется устойчивая работа ЭЭС. Поэтому некорректная настройка может привести к существенным возмущениям или нарушению устойчивости, что уже имело место быть в прошлом. Адекватность моделирования турбины и автоматики разгрузки энергоблока подтверждена сравнением с данными натурных экспериментов на реальном объекте.