Одна из задач, над которой безуспешно работают физики всего мира на протяжении многих лет, — уравнение Гиббса. Сформулированное еще в XIX веке, оно описывает поверхностную энергию, возникающую на границе двух сред. Теоретически — строго. Практически — почти неуловимо. Инженер-исследователь «Газпром нефти» и кандидат технических наук Игорь Митин стал одним из немногих, кто попытался подойти к этой задаче с прикладной стороны и посвятил ей 15 лет жизни. Все началось с китайского термоса, двух термометров и идеи, которая настигла его по пути с работы. Сегодня он называет этот эксперимент делом всей жизни.
О том, как развить инженерную интуицию, создать почти полсотни научных работ и даже приблизиться к решению одного из самых загадочных уравнений, Игорь Митин рассказал «Энергии+».
В профессиональной среде много говорят об ответственности, исполнительности, пунктуальности — и почти никогда о любопытстве. Думаю, это самое недооцененное качество. Все открытия произошли благодаря ему: от приручения огня до полета в космос. Самое главное — не терять интерес. Когда перестаешь интересоваться, перестаешь искать, а инженер должен искать всегда.
Конечно, в науку меня привело именно любопытство. После окончания Новочеркасского политеха по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» я пошел работать инженером-испытателем на Коломенский тепловозостроительный завод. Мы работали с тепловозными дизелями 16ЧН26/26. При испытании было установлено, что расход масла на угар был в четыре раза выше нормы. Особенно удивляло, что у V-образных моторов расход аномален, а у рядных — в пределах допустимого. Теория насосного действия колец этого не объясняла. Я измерил вибрацию цилиндров и установил причины повышенного расхода масла. С этого момента можно сказать, что я заболел наукой.
Собрался в аспирантуру, подал документы, но призвали в армию. После армии из Коломны переехал в Рязань, чтобы закончить работу по расходу масла.
Работая уже на Рязанском опытном заводе ВНИИИН, я занимался разработкой масел для металлургических станов — длина стана до километра, подшипники диаметром до 80 сантиметров. Там же впервые столкнулся с явлением, которое стало моей главной интеллектуальной интригой.
Чтобы масло работало эффективно, оно должно обладать хорошими деэмульгирующими свойствами — иначе при контакте с водой и паром оно теряет смазывающую способность. Для оценки этих свойств используют специальные методы. И я решил: нужен новый — более точный. В его основе лежит уравнение поверхностной энергии Гиббса.
Это уравнение до сих пор не имеет полного решения в прикладных системах. Но мне удалось сделать шаг — и оформить его в виде монографии «Деэмульгируемость и фильтруемость индустриальных масел». Я работал над ней 15 лет. Все остальные книги уйдут, а эта — останется.
Создателем теории термодинамики является великий американский ученый-физик Уиллард Гиббс. Уравнение энергии термодинамического потенциала, которое чаще называют энергий Гиббса, выглядит следующим образом:
В чем его суть, рассказать кратко и доступно для широкой аудитории сложно, но я постараюсь. При эксплуатации масел в них часто попадает вода, особенно это характерно для прокатного оборудования. При смешивании масла и воды образуется эмульсия, в которой первое превращается в миллионы очень мелких шариков. Их поверхность от воды отделяет тонкая пленка. Она образуется при перемешивании и сохраняется за счет электрического потенциала. Энергия на этой поверхности и является энергий Гиббса.
Мне было понятно, что рассчитать ее невозможно. Над этим уже много лет бились великие физики со всего мира. Казалось, что нужно практическое решение. Возникло оно внезапно.
В 2014 году я шел с работы и сообразил, что вода тяжелее масла и в ее нижнем слое температура должна быть выше. Зашел в магазин, купил китайский термос, вырезал из пенопласта крышку, вставил два термометра на разной высоте масла и воды, нагрел жидкости, залил в термос, помешал. Термометры показывали разницу в 12 градусов. Потом в этом термосе поставил термопары, показатели которых записывались и строились в виде диаграмм на компьютере.
Я был уверен, что измерил энергию Гиббса, и доложил об этом на ученом совете РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. Но в прозрачность и точность моего эксперимента не поверили. Тогда я обратился к профессору МГУ Успенской Ирине Александровне, а она рекомендовала мне рассказать об открытии своему коллеге Матвеенко Владимиру Николаевичу. Он познакомился с моей презентацией, сделал серьезные замечания о том, что надо определить весь баланс энергии в этом термосе и определить погрешность. Я пересчитал и вновь получил результат. Он сказал: «Ты измерил энергию Гиббса». Затем предложил напечатать книгу об этом в МГУ. Материал был собран на 300 страниц.
Сегодня технологии позволяют работать быстрее. В 2023 году у нас на Московском заводе «Газпромнефть — смазочные материалы» появился цифровой помощник «Алхимик» — он помогает разрабатывать рецептуры масел. Вместе мы создали или улучшили более 300 формул. Время разработки сократилось с шести месяцев до двух.
Но даже самый умный алгоритм не заменит инженерного чутья. Масло — это материя. Его нужно чувствовать. Иначе не поймешь, как оно поведет себя в реальной технике. Поэтому главное — «натуральный» интеллект. И его нужно развивать.
Я всегда говорю молодым: читайте. Не только по маслам — по химии, физике, трибологии. Все связано. Посещайте конференции. Общайтесь. В инженерной работе нет мелочей. Любая деталь может стать ответом на большой вопрос.
Сфера смазочных материалов в России долгое время зависела от импорта. Это тормозило развитие. Но сегодня многое изменилось. На Омском заводе работает комплекс ГИДП. «Газпром нефть» освоила выпуск белых масел наивысшей очистки. Наши моторные масла конкурируют, а по ряду параметров и превосходят зарубежные.
Можно сказать: отрасль в ренессансе. И у нее — большое будущее. Как и у меня, и у каждого из нас — всех, кто не перестает искать ответы на самые сложные вопросы.
