В Санкт-Петербурге разработали модель для исследования вулканов Камчатки

Созданная математическая модель станет основой для разработки установок, которые позволят с высокой точностью исследовать физико-химические и газодинамические процессы, происходящие при извержении вулканов. Это поможет в том числе предлагать новые методы прогнозирования вредных выбросов вулканических газов и бомб расплава магмы в атмосферу.

«Экстремальные условия внутри вулкана осложняют изучение процессов, которые там происходят. Поэтому к нам обратились вулканологи с Камчатки с просьбой разработать печь, с помощью которой можно было бы достаточно точно моделировать движение газов, образования бомб (сферы из расплава магмы), которые «вылетают» из действующих вулканов на огромной скорости. Причем, вулканологи поставили нам нетривиальную задачу — им нужна была установка, обеспечивающая высоту расплава 3 метра в холодном тигле (емкость) — таких ранее в мире не делал никто», — приводит пресс-служба слова руководителя лаборатории ИПХТ (индукционная плавка в холодном тигле), доцента кафедры электротехнологической и преобразовательной техники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрия Лопуха.
Создание модели

Решение этой задачи требовало подбора материалов и конструкции емкости таким образом, чтобы тигель не взаимодействовал с газами и магмой: это неизбежно приводило бы к изменениям химического состава расплава и погрешностям в процессе использования установки для исследований. Кроме того, установка должна была препятствовать кристаллизации расплава магмы при высокой температуре: тигель должен был выдерживать температуру около 2 500 градусов. На первом этапе создания установки исследователи ЛЭТИ получили расплав магмы вулкана Камчатки при температуре 2 500 градусов. Затем с помощью полученных экспериментальных данных и разработанных математических моделей они рассчитали параметры всех элементов инновационной установки: параметры тигля, индуктора (нагревателя) и генератора. Также расчетным путем определены распределения температур и скорости движения расплава внутри ванны. Рассматривается моделирование двухфазных потоков поведения смеси газов с расплавом.

«Пока мы создали модель индукционной печи с холодным тиглем с высотой расплава магмы около полуметра, мы описали все процессы, которые будут происходить с расплавом при высоких температурах, получили «картинку» в 2D и 3D. Следующий этап нашей работы — создание на основе данных моделирования и конструирования прототипа установки для проведения пилотных испытаний», — пояснил Лопух.

Ученые планируют собрать и запустить действующий прототип осенью. В 2023 году предполагается создать установку с метровым тиглем. Исследования проводятся совместно с Институтом вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Разработка реализуется в ЛЭТИ по программе «Приоритет 2030» Минобрнауки РФ.