В УрФУ разработали зоркое око для пузырьков

В различных отраслях промышленности широко применяются потоки пузырьков для обеспечения массопереноса в газах и жидкостях.

Специалисты УрФУ в составе научного коллектива разработали бесконтактную систему компьютерного зрения, способную обнаруживать пузырьки в потоках газа и жидкости, а также определять их траекторию и форму. Они утверждают, что данная технология может найти применение в нефтегазовой и энергетической промышленности, а также в биологическом и химическом производстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Mathematics.

Разнообразные среды влияют на форму и движение пузырьков, оказывая прямое воздействие на потоки вещества. Важно отметить, что поведение этой системы может различаться в зависимости от химического состава газа и его физических особенностей. Даже в случае сладких газированных напитков и шампанского процессы формирования, распространения и разрушения пузырьков углекислого газа происходят по-разному, как сообщают специалисты УрФУ.

Использование пузырьков с различными параметрами играет важную роль в многих промышленных процессах, таких как флотация, кавитация и работа биореакторов. Отклонения от оптимальных параметров могут привести к негативным последствиям. Ученые отмечают, что существующие методы контроля формы и траектории пузырьков имеют свои ограничения: некоторые из них неэффективны при высоких скоростях потока, в то время как другие требуют периодического отбора проб.

Таким образом, изучение поведения пузырьков в различных средах является важным направлением исследований, позволяющим оптимизировать процессы, где они применяются, и разрабатывать более эффективные методы контроля их параметров.

Новый инструмент бесконтактного слежения за поведением пузырьков, разработанный специалистами УрФУ совместно с коллегами из ИТМО и МФТИ, представлен на основе компьютерного зрения и нейронных сетей. Эта система отличается тем, что подходит для широкого спектра условий, в которых могут возникать, двигаться и разрушаться пузырьки в промышленных процессах.

Как отметил специалист, в рамках исследования были изучены различные методы обнаружения пузырьков, и был разработан алгоритм сегментации, использующий модель нейронной сети YOLOv9c. Для обучения этой модели и проведения расчетов применялась высокоскоростная визуализация моделей движения газовых включений при различных параметрах в массообменных устройствах.

Инновационный подход к слежению за пузырьками позволяет улучшить контроль и оптимизацию процессов, где они играют ключевую роль. Результаты исследования открывают новые перспективы для промышленности и науки, обеспечивая более точное и эффективное использование пузырьковых систем в различных областях применения.

Исследование, проводимое при поддержке программы "Приоритет-2030", включает в себя использование экспериментальных данных, включая коэффициент диффузии газа при задержке жидкости и газа, а также алгоритмы масштабирования и усреднения. Это позволяет настраивать модель для различных комбинаций систем жидкость-газ.

Как отметил Стародумов, специалисты провели экспериментальные работы для подтверждения точности и надежности данной системы. Результаты показали, что показатели качества превзошли показатели как контактных, так и бесконтактных промышленных аналогов.

Эксперименты, проведенные в рамках исследования, позволили получить ценные данные о процессах в системах жидкость-газ. Эти данные могут быть использованы для оптимизации работы промышленных установок и повышения их эффективности.

Источник и фото - ria.ru