Scientific Work of the Department of Low Temperatures: an Overview by the 50th Anniversary. Part 1

Authors

  • Василий [Vasiliy] Борисович [B.] Анкудинов [Ankudinov]
  • Александр [Aleksandr] Васильевич [V.] Бухаров [Bukharov]
  • Петр [Petr] Георгиевич [G.] Макаров [Makarov]
  • Инна [Inna] Александровна [A.] Михайлова [Mikhailova]
  • Арсений [Arseniy] Константинович [K.] Ястребов [Yastrebov]
  • Юлия [Yuliya] Юрьевна [Yu.] Пузина [Puzina]

DOI:

https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-5-59-71

Keywords:

homogeneous condensation, droplet size distribution function, evaporation, condensation, molecular kinetic theory, free path, turboexpander, nozzle, monodisperse granules, graphene, kinetic equation

Abstract

An overview of modern scientific works conducted by researchers of the Moscow Power Engineering Institute’s Department of Low Temperatures is presented. Based on the 50-year history and the main directions laid down at the department’s foundation time, advanced theoretical and experimental studies are currently published in leading peer-reviewed publications; they are supported by foundations and ensure the possibility to perform students’ final graduation papers and the defense of dissertations by post-graduate students. Currently, there are five scientific areas of the Department’s researches: technology for producing monodisperse granules from non-ferrous and rare-earth metal alloys; investigation of hydrodynamics and thermal physics of droplet flows; experimental studies of spreading, wetting, and boiling processes in meso- and nanostructures, as well as nanofluids; numerical modeling of evaporation-condensation processes in cryogenic machines and apparatuses; development of methods for calculating heat and mass transfer processes on interfacial surfaces, and their experimental verification on helium-II.

Author Biographies

Василий [Vasiliy] Борисович [B.] Анкудинов [Ankudinov]

Ph.D. (Techn.), Leading Researcher of Low Temperatures Dept., NRU MPEI, e-mail: ank_ud@mail.ru

Александр [Aleksandr] Васильевич [V.] Бухаров [Bukharov]

Dr.Sci. (Techn.), Professor of Low Temperatures Dept., NRU MPEI

Петр [Petr] Георгиевич [G.] Макаров [Makarov]

Ph.D. (Techn.), Assistant Professor of Low Temperatures Dept., NRU MPEI

Инна [Inna] Александровна [A.] Михайлова [Mikhailova]

Ph.D. (Techn.), Assistant Professor of Low Temperatures Dept., NRU MPEI

Арсений [Arseniy] Константинович [K.] Ястребов [Yastrebov]

Ph.D. (Techn.), Assistant Professor of Low Temperatures Dept., NRU MPEI

Юлия [Yuliya] Юрьевна [Yu.] Пузина [Puzina]

Ph.D. (Techn.), Head of Low Temperatures Dept., NRU MPEI, e-mail: Puzina2006@inbox.ru

References

1. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973.
2. Бродянский В.М., Семенов А.М. Термодинамические основы криогенной техники. М.: Энергия, 1980.
3. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. М.: Изд-во МЭИ, 2000.
4. Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергия, 1977.
5. Аметистов Е.В., Клименко В.В., Павлов Ю.М. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1995.
6. Клименко А.В. Исследование теплоотдачи и кризиса при кипении азота в каналах. Ч. 1. Заключительный отчет. – М.: Изд-во МЭИ, 1993.
7. Боярский М.Ю., Лунин А.И., Могорычный В.И. Характеристики криогенных систем при работе на смесях. М.: Изд-во МЭИ, 1990.
8. Лунин А.И., Могорычный В.И., Коваленко В.Н. Применение многокомпонентных рабочих тел в низкотемпературной технике. М.: Издат. дом МЭИ, 2009.
9. Грачев А.Б. Расчет и оптимизация схем криогенных установок. М.: Изд-во МЭИ, 1987.
10. Синявский Ю.В. Криогенные турбопроводы. М.: Изд-во МЭИ, 1978.
11. Горбачев С.П. Теплофизические процессы в криогенных системах. М.: Изд-во МЭИ, 2017.
12. Алексеев Т.А., Домашенко А.М. Основы проектирования систем хранения жидких криопродуктов. М.: Издат. дом МЭИ, 2011.
13. Зенкевич В.Б., Сычев В.В. Магнитные системы на сверхпроводниках. М.: Наука, 1972.
14. Нестеров С.Б., Васильев Ю.К., Андросов А.В. Методы расчета вакуумных систем. М.: Изд-во МЭИ, 2004.
15. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Основы механики двухфазных систем. М.: Изд-во МЭИ, 1977.
16. Клименко А.В., Сударчиков А.М. Экспериментальное исследование гидродинамической неустойчивости кипящего в канале вынужденного потока азота // Вестник МЭИ. 2001. № 5. С. 47—55.
17. Грачев А.Б., Комов А.Т. Криогенные системы термоядерных установок. М.: Изд-во МЭИ, 1991.
18. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники. М.: Энергоиздат, 1982.
19. Городов А.К., Клименко В.В., Куликов А.С. Особенности использования и расчета теплообменных аппаратов криогенной техники. М.: Изд-во МЭИ, 1989.
20. Шишов В.В., Клименко A.B., Ивахненко B.Г. О применении монохроматически диспергированного вещества в технологических процессах // Труды МЭИ. 1981. Вып. 534. С. 25—30.
21. Шишов В.В. Блаженков В.В., Дмитриев A.C. Монодиспергирование вещества от опытов Савара до современных технологий: ретроспектива и перспективы) // Труды МЭИ. 1983. Вып. 615. С. 3—14.
22. Аметистов Е. В. и др. Монодиспергирование вещества. Принципы и применение. М.: Энергоатомиздат, 1991.
23. Бухаров А.В., Дмитриев А.С. Криогенные корпускулярные мишени в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2013.
24. Бухаров А.В., Конюхов Г.В. Капельные холодильники-излучатели в космической энергетике. М.: Янус-К, 2021.
25. Kortsensteyn N.M., Samuilov E.V., Yastrebov A.K. About Use of a Method of Direct Numerical Solution for Simulation of Bulk Condensation of Supersaturated Vapor // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2009. V. 52. Pp. 548—556.
26. Kortsenshteyn N.M., Yastrebov A.K. Interphase Heat Transfer During Bulk Condensation in the Flow of Vapor-gas Mixture // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2012. V. 55. Pp. 1133—1140.
27. Kortsensteyn N.M., Levashov V.Y., Yastrebov A.K., Petrov L.V. Numerical Simulation of Homogeneous-heterogeneous Condensation and Interphase Heat Transfer in a Dusty Vapour-gas flow: Controlling the Homogeneous Condensation Process // International J. Thermal Sci. 2024. V. 200. P. 108966.
28. Сидоров А.А., Ястребов А.К. Влияние геометрических характеристик канала и свойств парогазовой смеси на объемную конденсацию при течении в сопле // Теплоэнергетика. 2018. № 1. С. 68—76.
29. Сидоров А.А., Ястребов А.К. Интеграция модуля численного решения кинетического уравнения в CFD-пакет для задачи объемной конденсации при истечении парогазовой смеси через сопло // Вестник Дагестанского гос. техн. ун-та. Серия «Технические науки». 2021. Т. 48. № 1. С. 65—75.
30. Ландау Л.Д. Гидродинамика. М.: Физматлит, 2015.
31. Wilcox D.C. Formulation of the k-ω Turbulence Model Revisited // AIAA J. 2007. V. 46(11). Pp. 2823—2838.
32. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. М.: Машиностроение. 1974.
33. Фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1958.
34. Сидоров А.А., Ястребов А.К. Численное решение кинетического уравнения для функции распределения частиц по размерам с учетом их коагуляции // Инженерно-физический журнал. 2024. Т. 97. № 7. С. 1719—1727.
35. Сидоров А.А., Ястребов А.К. О влиянии турбулентности на коагуляцию капель при объемной конденсации в парогазовом потоке // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25. № 7. С. 1127.
36. Патент 2590360 РФ. Способ получения монодисперсных сферических гранул / Анкудинов В Б. Марухин Ю.А., Огородников В.П. // Бюл. изобрет. 2016. № 19.
37. Анкудинов В.Б., Марухин Ю.А., Огородников В.П., Рыжков В.А. Технология получения монодисперсных сферических гранул // Металлург, 2019. № 6. С. 94—98.
38. Дмитриев А.С., Макаров П.Г., Эльбуз М. О новом режиме пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (эффект прыгающих пузырей) // Письма в журнал технической физики. 2015. Т. 41(6). C. 67—72.
39. Ромашевский С.А., Сашитков И., Дмитриев А.С. Формирование упорядоченных нано- и мезоструктур в кремнии при однократном воздействии фемтосекундного лазерного импульса в различных внешних средах // Письма в журнал технической физики. 2016. Т. 42(15). С. 78—85.
40. Дмитриев А.С., Макаров П.Г. Об испарении жидкости из капель коллоидных растворов наночастиц SiO2 и Fe2O3 // Коллоидный журнал. 2015. Т. 77(2). С. 144—151.
41. Дмитриев А.С., Романов А.С. Особенности тепломассообмена при взаимодействии капель рабочих жидкостей с мезоскопическими и наномасштабными поверхностями энергетического оборудования // Вестник МЭИ. 2013. № 2. С. 1—14.
42. Артамонов А.В., Дмитриев А.С., Макаров П.Г. Эффект Лейденфроста на струнах // Письма в журнал технической физики. 2023. Т. 49(18). С. 16—19.
43. Babenko D.D., Dmitriev A.S., Mikhailova I.A. Active Thermal Interface Graphene Nanocomposites for Thermal Control of Electronic and Power Devices // J. Phys.: Conf. Series. 2022. V. 2150(1). P. 012008.
44. Tran Q.T., Mikhailova I.A., Mikhailov V.V., Makarov P.G. Influence of the Spectral Composition of Solar Radiation on The Heating and Evaporation Processes of Graphene Nanofluids // Solar Energy. 2024. V. 282(3). P. 112977.
45. Журавлев С.С., Макаров П.Г., Михайлова И.А. Методы анализа и оптимизации термоинтерфейсов для повышения эффективности термоменеджмента // Современные проблемы теплофизики и энергетики: Материалы IV Междунар. конф. М.: Изд-во МЭИ, 2024. C. 238—239.
46. Shishkova I.N., Kryukov A.P., Levashov V.Yu. Study of Еvaporation–condensation Problems: from Liquid Through Interface Surface to Vapor // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2017. V. 112. Pp. 926—932.
47. Shishkova I.N., Kryukov A.P., Levashov V.Y. Vapour–liquid Jointed Solution for the Evaporation–condensation Problem // Intern. Journal Heat and Mass Transfer. 2019. V. 141. Pp. 9—19.
48. Крюков А.П., Левашов В.Ю., Жаховский В.В., Анисимов С.И. Тепло и массоперенос на межфазных поверхностях конденсат–пар // Успехи физических наук. 2021. Т. 191. № 2. С. 113—146.
49. Shishkova I., Kryukov A. Development of a Unified Numerical Kinetic Approach, Taking into Account Many-particle Interactions in Liquid-vapor Systems // American J. Phys. and Appl. 2021. V. 9(5). Pp. 116—120.
---
Для цитирования: Анкудинов В.Б., Бухаров А.В., Макаров П.Г., Михайлова И.А., Ястребов А.К., Пузина Ю.Ю. Экспериментальное исследование распада струи жидкого металла // Вестник МЭИ. 2025. № 5. С. 59—71. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-5-59-71
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Brodyanskiy V.M. Eksergeticheskiy Metod Termodinamicheskogo Analiza. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
2. Brodyanskiy V.M., Semenov A.M. Termodinamicheskie Osnovy Kriogennoy Tekhniki. M.: Energiya, 1980. (in Russian).
3. Labuntsov D.A. Fizicheskie Osnovy Energetiki. M.: Izd-vo MEI, 2000. (in Russian).
4. Grigor'ev V.A., Pavlov Yu.M., Ametistov E.V. Kipenie Kriogennykh Zhidkostey. M.: Energiya, 1977. (in Russian).
5. Ametistov E.V., Klimenko V.V., Pavlov Yu.M. Kipenie Kriogennykh Zhidkostey. M.: Energoatomizdat, 1995. (in Russian).
6. Klimenko A.V. Issledovanie Teplootdachi i Krizisa pri Kipenii Azota v Kanalakh. Ch. 1. Zaklyuchitel'nyy Otchet. – M.: Izd-vo MEI, 1993. (in Russian).
7. Boyarskiy M.Yu., Lunin A.I., Mogorychnyy V.I. Kharakteristiki Kriogennykh Sistem pri Rabote na Smesyakh. M.: Izd-vo MEI, 1990. (in Russian).
8. Lunin A.I., Mogorychnyy V.I., Kovalenko V.N. Primenenie Mnogokomponentnykh Rabochikh Tel v Nizkotemperaturnoy Tekhnike. M.: Izdat. Dom MEI, 2009. (in Russian).
9. Grachev A.B. Raschet i Optimizatsiya Skhem Kriogennykh Ustanovok. M.: Izd-vo MEI, 1987. (in Russian).
10. Sinyavskiy Yu.V. Kriogennye Turboprovody. M.: Izd-vo MEI, 1978. (in Russian).
11. Gorbachev S.P. Teplofizicheskie Protsessy v Kriogennykh Sistemakh. M.: Izd-vo MEI, 2017. (in Russian).
12. Alekseev T.A., Domashenko A.M. Osnovy Proektirovaniya Sistem Khraneniya Zhidkikh Krioproduktov. M.: Izdat. Dom MEI, 2011. (in Russian).
13. Zenkevich V.B., Sychev V.V. Magnitnye Sistemy na Sverkhprovodnikakh. M.: Nauka, 1972. (in Russian).
14. Nesterov S.B., Vasil'ev Yu.K., Androsov A.V. Metody Rascheta Vakuumnykh Sistem. M.: Izd-vo MEI, 2004. (in Russian).
15. Labuntsov D.A., Yagov V.V. Osnovy Mekhaniki Dvukhfaznykh Sistem. M.: Izd-vo MEI, 1977. (in Russian).
16. Klimenko A.V., Sudarchikov A.M. Eksperimental'noe Issledovanie Gidrodinamicheskoy Neustoychivosti Kipyashchego v Kanale Vynuzhdennogo Potoka Azota. Vestnik MEI. 2001;5:47—55. (in Russian).
17. Grachev A.B., Komov A.T. Kriogennye Sistemy Termoyadernykh Ustanovok. M.: Izd-vo MEI, 1991. (in Russian).
18. Grigor'ev V.A., Krokhin Yu.I. Teplo- i Massoobmennye Apparaty Kriogennoy Tekhniki. M.: Energoizdat, 1982. (in Russian).
19. Gorodov A.K., Klimenko V.V., Kulikov A.S. Osobennosti Ispol'zovaniya i Rascheta Teploobmennykh Apparatov Kriogennoy Tekhniki. M.: Izd-vo MEI, 1989. (in Russian).
20. Shishov V.V., Klimenko A.B., Ivakhnenko B.G. O Primenenii Monokhromaticheski Dispergirovannogo Veshchestva V Tekhnologicheskikh Protsessakh. Trudy MEI. 1981;534:25—30. (in Russian).
21. Shishov V.V. Blazhenkov V.V., Dmitriev A.C. Monodispergirovanie Veshchestva ot Opytov Savara do Sovremennykh Tekhnologiy: Retrospektiva i Perspektivy). Trudy MEI. 1983;615:3—14. (in Russian).
22. Ametistov E.V. i dr. Monodispergirovanie Veshchestva. Printsipy i Primenenie. M.: Energoatomizdat, 1991. (in Russian).
23. Bukharov A.V., Dmitriev A.S. Kriogennye Korpuskulyarnye Misheni v Energetike. M.: Izd-vo MEI, 2013. (in Russian).
24. Bukharov A.V., Konyukhov G.V. Kapel'nye Kholodil'niki-izluchateli v Kosmicheskoy Energetike. M.: Yanus-K, 2021. (in Russian).
25. Kortsensteyn N.M., Samuilov E.V., Yastrebov A.K. About Use of a Method of Direct Numerical Solution for Simulation of Bulk Condensation of Supersaturated Vapor. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2009;52:548—556.
26. Kortsenshteyn N.M., Yastrebov A.K. Interphase Heat Transfer During Bulk Condensation in the Flow of Vapor-gas Mixture. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2012;55:1133—1140.
27. Kortsensteyn N.M., Levashov V.Y., Yastrebov A.K., Petrov L.V. Numerical Simulation of Homogeneous-heterogeneous Condensation and Interphase Heat Transfer in a Dusty Vapour-gas flow: Controlling the Homogeneous Condensation Process. International J. Thermal Sci. 2024;200:108966.
28. Sidorov A.A., Yastrebov A.K. Vliyanie Geometricheskikh Kharakteristik Kanala i Svoystv Parogazovoy Smesi na Ob'emnuyu Kondensatsiyu pri Techenii v Sople. Teploenergetika. 2018;1:68—76. (in Russian).
29. Sidorov A.A., Yastrebov A.K. Integratsiya Modulya Chislennogo Resheniya Kineticheskogo Uravneniya v CFD-paket dlya Zadachi Ob'emnoy Kondensatsii pri Istechenii Parogazovoy Smesi Cherez Soplo. Vestnik Dagestanskogo Gos. Tekhn. Un-ta. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2021;48;1:65—75. (in Russian).
30. Landau L.D. Gidrodinamika. M.: Fizmatlit, 2015. (in Russian).
31. Wilcox D.C. Formulation of the k-ω Turbulence Model Revisited. AIAA J. 2007;46(11):2823—2838.
32. Sternin L.E. Osnovy Gazodinamiki Dvukhfaznykh Techeniy v Soplakh. M.: Mashinostroenie. 1974. (in Russian).
33. Fuks N.A. Isparenie i Rost Kapel' v Gazoobraznoy Srede. M.-L.: Izd-vo AN SSSR, 1958. (in Russian).
34. Sidorov A.A., Yastrebov A.K. Chislennoe Reshenie Kineticheskogo Uravneniya dlya Funktsii Raspredeleniya Chastits po Razmeram s Uchetom Ikh Koagulyatsii. Inzhenerno-Fizicheskiy Zhurnal. 2024;97;7:1719—1727. (in Russian).
35. Sidorov A.A., Yastrebov A.K. O Vliyanii Turbulentnosti na Koagulyatsiyu Kapel' pri Ob'emnoy Kondensatsii v Parogazovom Potoke. Fiziko-khimicheskaya Kinetika v Gazovoy Dinamike. 2024;25;7:1127. (in Russian).
36. Patent 2590360 RF. Sposob Polucheniya Monodispersnykh Sfericheskikh Granul. Ankudinov V B. Marukhin Yu.A., Ogorodnikov V.P. Byul. Izobret. 2016;19. (in Russian).
37. Ankudinov V.B., Marukhin Yu.A., Ogorodnikov V.P., Ryzhkov V.A. Tekhnologiya Polucheniya Monodispersnykh Sfericheskikh Granul. Metallurg. 2019;6:94—98. (in Russian).
38. Dmitriev A.S., Makarov P.G., El'buz M. O Novom Rezhime Puzyr'kovogo Kipeniya v Mezostrukturakh Mikrosfer (Effekt Prygayushchikh Puzyrey). Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2015;41(6):67—72. (in Russian).
39. Romashevskiy S.A., Sashitkov.I., Dmitriev A.S. Formirovanie Uporyadochennykh Nano- i Mezostruktur v Kremnii pri Odnokratnom Vozdeystvii Femtosekundnogo Lazernogo Impul'sa v Razlichnykh Vneshnikh Sredakh. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2016;42(15):78—85. (in Russian).
40. Dmitriev A.S., Makarov P.G. Ob Isparenii Zhidkosti iz Kapel' Kolloidnykh Rastvorov Nanochastits SiO2 i Fe2O3. Kolloidnyy Zhurnal. 2015;77(2):144—151. (in Russian).
41. Dmitriev A.S., Romanov A.S. Osobennosti Teplomassoobmena pri Vzaimodeystvii Kapel' Rabochikh Zhidkostey s Mezoskopicheskimi i Nanomasshtabnymi Poverkhnostyami Energeticheskogo Oborudovaniya. Vestnik MEI. 2013;2:1—14. (in Russian).
42. Artamonov A.V., Dmitriev A.S., Makarov P.G. Effekt Leydenfrosta na Strunakh. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2023;49(18):16—19. (in Russian).
43. Babenko D.D., Dmitriev A.S., Mikhailova I.A. Active Thermal Interface Graphene Nanocomposites for Thermal Control of Electronic and Power Devices. J. Phys.: Conf. Series. 2022;2150(1):012008.
44. Tran Q.T., Mikhailova I.A., Mikhailov V.V., Makarov P.G. Influence of the Spectral Composition of Solar Radiation on The Heating and Evaporation Processes of Graphene Nanofluids. Solar Energy. 2024;282(3):112977.
45. Zhuravlev S.S., Makarov P.G., Mikhaylova I.A. Metody Analiza i Optimizatsii Termointerfeysov dlya Povysheniya Effektivnosti Termomenedzhmenta. Sovremennye Problemy Teplofiziki i Energetiki: Materialy IV Mezhdunar. Konf. M.: Izd-vo MEI, 2024:238—239. (in Russian).
46. Shishkova I.N., Kryukov A.P., Levashov V.Yu. Study of Evaporation–condensation Problems: from Liquid Through Interface Surface to Vapor. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2017;112:926—932.
47. Shishkova I.N., Kryukov A.P., Levashov V.Y. Vapour–liquid Jointed Solution for the Evaporation–condensation Problem. Intern. Journal Heat and Mass Transfer. 2019;141:9—19.
48. Kryukov A.P., Levashov V.Yu., Zhakhovskiy V.V., Anisimov S.I. Teplo i Massoperenos na Mezhfaznykh Poverkhnostyakh Kondensat–Par. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2021;191;2:113—146. (in Russian).
49. Shishkova I., Kryukov A. Development of a Unified Numerical Kinetic Approach, Taking into Account Many-particle Interactions in Liquid-vapor Systems. American J. Phys. and Appl. 2021;9(5):116—120
---
For citation: Ankudinov V.B., Bukharov A.V., Makarov P.G., Mikhailova I.A., Yastrebov A.K., Puzina Yu.Y. Scientific Work of the Department of Low Temperatures: an Overview by the 50th Anniversary. Part 1. Bulletin of MPEI. 2025;5:59—71. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-5-59-71
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest

Published

2025-06-24

Issue

Section

Machines and apparatuses, processes of refrigeration and cryogenic engineering (technical sciences) (2.4.8.)