Теплофизика и аэромеханика, 2014, том 21, № 3
К 100-летию со дня рождения С.С. Кутателадзе
Жизнь, отданная науке
А.Н. Павленко
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск
E-mail: pavl@itp.nsc.ru
18 июля 2014 г. исполнится 100 лет со дня
рождения выдающегося ученого, Героя Социалистического
Труда, академика Самсона Семеновича
Кутателадзе. Он внес неоценимо большой вклад
в развитие науки о тепломассопереносе. С личностью
Самсона Семеновича неразрывно связана история
развития теплофизики.
Всемирно известный ученый-теплофизик
С.С. Кутателадзе родился под Петроградом в местечке,
которое относилось к Финляндскому княжеству
дореволюционной России. Его предки родились и
жили в западной Грузии в селении под Кутаиси.
Отец его из дворян (или грузинских князей), был
студентом Петроградского университета, потом
офицером (репрессирован в 1937 г., погиб в лагере
под Новосибирском). Он оставил семью, когда
Самсону было четыре года. Мать, Александра Владимировна,
происходила из мещан, работала акушеркой.
У Самсона была сестра, которая умерла в детстве.
В 1922 году мать с сыном переехали в Петроград.
После окончания восьми классов средней школы он год работал подручным слесаря
на заводе «Химгаз». В 1931 году поступил на второй курс двухгодичного Ленинградского
энерготехникума при областном теплотехническом институте (ЛОТИ), который позже
был переименован в Центральный котлотурбинный институт им. И.И. Ползунова (ЦКТИ).
Одновременно он работал практикантом, там же и началась его научная деятельность.
Он вспоминал: «… Домой возвращался иногда почти с рассветом, потому что, когда
в лаборатории разгорался спор, ее никто не покидал, пока не приходили к единому мнению.
Старшему из нас было 24 года. Мы начали разрабатывать теорию теплообмена при
изменении агрегатного состояния. Через год я написал свою первую книгу…». Самсон
был одним из организаторов молодежного научно-технического кружка, затем комсомольской
бригады для научных исследований.
© Павленко А.Н., 2014
279
Стр.1
Павленко А.Н.
В 1933 году он осуществил первое комплексное
моделирование теплового режима подземных трубопроводов
горячей воды на мелкомасштабных
моделях. Это была актуальная физико-техническая
проблема, связанная с бурным строительством
в стране крупных теплофикационных систем.
Затем в 1935 году им была представлена модель
свободного турбулентного течения у твердой
поверхности с введением понятий о вязком подслое
с собственным значением числа Рейнольдса
и струйном течении во внешней области потока.
Широкую известность молодому Самсону
Ленинград. Самсон Кутателадзе
школьник (1924 г.).
Семеновичу принесли работы по тепло- и массообмену
при фазовых переходах. В 1936 году им
впервые были сформулированы условия термогидродинамического
подобия при фазовых переходах,
введен соответствующий критерий подобия
таких процессов K:
K = r / (Cp ΔT),
где r удельная теплота фазового превращения, Cp удельная теплоемкость при постоянном
давлении, а ΔT разность температур. Позже этому критерию было присвоено
имя Кутателадзе.
В 1938 году на заседании научного совета в Физико-техническом отделе ЦКТИ
руководитель комсомольской бригады Самсон Кутателадзе в 24 года сделал доклад
о сводной работе по теплообмену при изменении агрегатного состояния вещества. Эта
работа была рекомендована к опубликованию в виде книги. Книга, в которой были
изложены результаты экспериментальных исследований теплообмена при конденсации,
кипении, затвердевании, барботаже и новая методология обобщения опытных данных,
вышла в 1939 году под названием «Основы теории теплопередачи при изменении агрегатного
состояния вещества». Это была первая в мире монография на эту тему. Эта работа,
как и многие другие работы Самсона Семеновича, ознаменовала настоящий прорыв
в мировой науке ничего подобного в ней тогда не было. Здесь ярко проявилась замечательная
особенность С.С. Кутателадзе как исследователя, умение предвидеть потребности
науки и практики завтрашнего дня, гениальная способность выбрать такое направление
исследований, которое сегодня мало кого интересует, но от которого завтра может
зависеть научно-производственный потенциал государства. В период 1938−1940 гг.
по предложению Самсона Семеновича на Кировском заводе в Ленинграде были созданы
крупные стенды для нужд отечественного турбостроения.
В 1939 году С.С. Кутателадзе женился на сотруднице ЦКТИ Л.С. Шумской. Когда
в семье родилась дочь, ее назвали Елизаветой, в честь умершей сестры Самсона. Великая
Отечественная война прервала научную деятельность С.С. Кутателадзе. С января 1941 по
август 1945 года Самсон Семенович находился в рядах Советской Армии на Северном
фронте. Он участвовал в боях и был ранен. В июле 1942 года его жена и дочь были
эвакуированы в Подольск. Мать осталась в блокадном Ленинграде и скончалась в 1944 г.
(ей было 56 лет).
280
Стр.2
Теплофизика и аэромеханика, 2014, том 21, № 3
Из писем С.С. Кутателадзе жене с фронта:
«Моя дорогая Лидочка!... Случилась маленькая
неприятность я во время атаки был ранен в бедро
и лежу сейчас в госпитале. Рана пустяковая и скоро
пройдет. Проверку боем я прошел и нервы оказались
хорошими, так что все в порядке… Город Ленинград
спокойно и твердо кует победу. Да, нас
ленинградцев, никакие фашисты взять не могут.
Лидочка, представляешь, как мы с тобой встретимся,
когда окончится война, у меня от счастья голова
кружится при мысли об этом. А там займемся наукой.
Очень я по ней соскучился. Привет всем, в том числе
и ЦКТИ…» (письмо от 30 июля 1941 г.); «… Изумительны
наши успехи на юге. Катастрофа для немцев,
о которой говорил Сталин, приближается к ним очень
близко. Радостно сознавать, что вера в правое дело,
которая нас все эти годы поддерживала, полностью
оправдалась. Увидишь, Лидочка, что из этой войны
мы выйдем неизмеримо сильнее и богаче, чем когда
вступили в нее…» (письмо от 13 июня 1944 г.);
«…Кажется, после войны мне придется снова начать
учить физику, может быть, я успею еще что-то сделать для науки… Нет, ты не думай, что
я жалею об отсутствии у меня всяких дипломов и ученых степеней. Это вещи, которые
делают жизнь, конечно, комфортабельней. Но я ведь знаю себе цену. Может быть, из меня
не вышло такого ученого, каким я думал стать, но все же кое-чему я научился ведь…»
(письмо от 27 июля 1944 г.).
После окончания войны Самсону Семеновичу было предложено остаться на службе
Самсон Кутателадзе старший
техник-лейтенант (1945 г.).
в Армии, но он решил вернуться в науку и возвратился на работу в физико-технический
отдел ЦКТИ. В 1945 году в семье родился сын, которого по грузинской традиции назвали
в честь деда Семеном. Теперь Семен Самсонович Кутателадзе доктор физико-математических
наук, профессор, известный ученый в области функционального анализа, работает
в Институте математики им. С.Л. Соболева СО РАН.
С.С. Кутателадзе поступает в Ленинградский заочный индустриальный институт
для получения высшего образования, хотя у него уже были опубликованы монография и
более 20 статей. Из воспоминаний его сына: «Отец пошел сдавать курс «Теплопередача»
в институте, а читали этот курс по его книге (тогда еще пособию). Преподаватель, взяв
зачетку перед выдачей билета, спросил: «Вы сын Кутателадзе?», на что папа ответил:
«Нет, я сам!». Преподаватель оказался понятливым. И спрашивать больше ничего не стал
тем экзамен и закончился».
Один из его коллег по работе, сотрудник ЦКТИ С.И. Мочан вспоминает: «…Я не
вхожу в многочисленную плеяду учеников С.С., мы шли по разным путям-дорогам.
Но мне на всю жизнь запомнился этот создатель нового в науке, всегда рвущийся вперед,
так и пронесший через всю жизнь юношеский задор, в полном смысле слова творец науки».
С 1946 года С.С. Кутателадзе начал систематическое изучение жидкометаллических
теплоносителей, используемых в атомной энергетике. Этот цикл исследований позволил
ему впоследствии принять активное участие в написании первой отечественной монографии
по жидкометаллическим теплоносителям (она появилась в 1958 году и неоднократно
переиздавалась).
Были также продолжены исследования термодинамики газожидкостных систем,
и в 1949 году Самсон Семенович получил принципиальные результаты, завершившиеся
созданием гидродинамической теории кризисов кипения. Очень понятная и простая аналогия
между оттеснением жидкости от пористой поверхности за счет вдува газа и оттеснением
жидкости паром от поверхности нагрева при кипении жидкости, предложенная
281
Стр.3
Павленко А.Н.
С.С. Кутателадзе, позволила ему получить методами анализа размерностей единственный
критерий подобия, включающий критическую плотность теплового потока и ряд
других параметров, определяющих кризис кипения:
kq r 2
= кр1
′′ 4
g( ),′′
′−
где qкр1 первая критическая плотность теплового потока, ρ′ плотность жидкости,
ρ″ плотность пара, σ поверхностное натяжение, g ускорение свободного падения.
По экспериментальным данным k = 0,13−0,16.
Гидродинамическая теория кризисов кипения сразу же получила международное
признание и считается одним из выдающихся вкладов отечественной науки в теорию
теплообмена. В 1949 г. вышла книга Самсона Семеновича «Теплопередача при конденсации
и кипении», а в 1952 г. ее второе расширенное издание. Атомная комиссия США
организовала перевод последнего издания. Даже сейчас, спустя более чем полвека, можно
поражаться глубине проводимого автором анализа, широте, научной и практической
актуальности рассматриваемых в данных книгах вопросов.
В 1950 году, сразу же после окончания института, С.С. Кутателадзе защищает на
Ученом совете ЦКТИ кандидатскую диссертацию на тему «Изменение режима кипения
жидкости при свободной конвекции». В 1952 году в Московском энергетическом
институте докторскую диссертацию на тему «Конвективный теплообмен при изменении
агрегатного состояния вещества». В 1954 году он становится профессором.
Самсоном Семеновичем был предложен критерий устойчивости режимов течения
газожидкостных систем Ku, который играет важнейшую роль при описании целого ряда
процессов со взаимодействием газа и жидкости. Использование этого критерия позволило
ему получить, например, зависимости для расчета условий захлебывания при движении
встречных потоков жидкости и газа, которые находят широчайшее применение в инженерных
расчетах. Развивая основы гидродинамической устойчивости режимов течения
газожидкостных смесей, в 1958 году он вместе с академиком М.А. Стыриковичем написал
монографию “Гидравлика газожидкостных систем”, обобщившую исследования того
времени. В 1959 году им вместе с В.М. Боришанским был издан первый в мире справочник
по теплопередаче, оказавший большое влияние на уровень технического проектирования
в СССР, затем он был издан в США, Англии и других странах.
В конце 50-х годов важное место в работе С.С. Кутателадзе заняли исследования
пристенной турбулентности. Этот период начинается его переходом на работу в Сибирское
отделение АН СССР. Правительством СССР было принято решение о создании
комплекса новых институтов в Сибири. Самсон Семенович получил приглашение от АН
СССР занять пост заместителя директора создаваемого Института теплофизики в Новосибирске.
В 1959 году им была высказана идея об асимптотических свойствах турбулентного
пограничного слоя при числе Рейнольдса, стремящемся к бесконечности. Среди
теорий турбулентного пограничного слоя развитая им асимптотическая теория отличалась
новизной подхода к проблеме. Введение относительных законов трения и теплообмена
оказалось исключительно плодотворной идеей и имело ряд преимуществ по сравнению
с так называемым методом «определяющей температуры». С.С. Кутателадзе показал,
что для области бесконечных чисел Рейнольдса существует простой предельный закон
трения, зависящий только от температурного фактора
, равного отношению абсолютных
температур стенки Тст и потока Т0:
cff = St / St = .
ψ +1
/ c00
2
На этой основе впоследствии была создана асимптотическая теория пограничного
слоя Кутателадзе−Леонтьева. С использованием этой теории были описаны теплообмен
и трение для широкого класса задач для проницаемой поверхности, сжимаемых потоков
282
2
ρ
ρσ
ρ
ψ
Стр.4