В УрФУ разработали зоркое око для пузырьков

Специалисты УрФУ разработали бесконтактную систему компьютерного зрения, которая способна обнаруживать пузырьки в потоках газа и жидкости, а также определять их траекторию и форму. Эта инновационная система может найти широкое применение в нефтегазовой и энергетической промышленности, а также в биологическом и химическом производстве. Результаты исследования были опубликованы в журнале Mathematics.

Пузырьки, их форма и передвижение, играют ключевую роль в потоках вещества в различных средах. Важно отметить, что поведение этой системы зависит от химического состава газа и физических характеристик, что может привести к различиям в их поведении. Например, цикл формирования, распространения и разрушения пузырьков углекислого газа в сладких газированных напитках и шампанском может происходить по-разному, как сообщили специалисты УрФУ.

Интересно, что многие промышленные процессы, такие как флотация, кавитация и работа биореакторов, используют пузырьки с различными параметрами. Отклонения от этих параметров могут вызвать негативные последствия. Ученые отмечают, что существующие методы контроля формы и траектории пузырьков имеют свои ограничения: некоторые неэффективны при высоких скоростях потока, другие требуют периодического отбора пробы.

Таким образом, исследование формы и движения пузырьков является важной задачей, поскольку это имеет применение не только в пищевой промышленности, но и в других отраслях, где важно контролировать процессы, связанные с газообразованием и пузырьками.

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 практически всех условий появления, движения и разрушения пузырьков, применимых в промышленности.

В ходе исследования специалисты анализировали различные методы обнаружения пузырьков и разработали алгоритм сегментации, используя модель нейронной сети YOLOv9c. Для обучения модели и проведения расчетов применялась высокоскоростная визуализация моделей движения газовых включений при различных удельных входных мощностях и газосодержании в массообменном устройстве.

Этот инновационный подход к слежению за пузырьками имеет потенциал значительно улучшить процессы контроля и оптимизации в промышленности. Результаты исследования могут быть ключевым шагом в развитии эффективных технологий мониторинга и управления процессами, связанными с газовыми включениями.

Исследование, проводимое при поддержке программы "Приоритет-2030", включает в себя использование экспериментальных данных, в том числе коэффициента диффузии газа при задержке жидкости и газа, а также алгоритмов масштабирования и усреднения. Это позволяет адаптировать модель для различных комбинаций систем жидкость-газ.

Как отмечает Стародумов, специалисты провели экспериментальные работы для подтверждения точности и надежности данной системы. Результаты показали, что показатели качества значительно превосходят аналоги как контактных, так и бесконтактных промышленных моделей.

Эксперименты, осуществляемые в рамках данного исследования, имеют целью оптимизацию процессов в системах жидкость-газ. Благодаря использованию современных методов анализа и адаптации, ученые стремятся к созданию более эффективных и точных моделей для различных применений.

Источник и фото - ria.ru