في عدد مايو من المجلة العلمية - تقارير علمية/ Scientific Reports تم نشر دراسةً أجراها فريق دولي من العلماء من المملكة العربية السعودية والعراق والهند وروسيا، مُخصصة للقدرات الجديدة لمقاييس التدفق. وضم الفريق أيضًا زميلنا، نائب رئيس مختبر الأبحاث العلمية للتشخيص الذاتي التقني والتحكم الذاتي في الأجهزة والأنظمة، بجامعة جنوب الأورال الحكومية، فلاديمير سينيتسين.
تركز دراسة العلماء على استخدام التعلم الآلي لنمذجة انتقال الحرارة في الموائع النانوية.
«يوضح فلاديمير سينيتسين: توفر طرق نمذجة ديناميكا الموائع الحسابية التقليدية نتائج دقيقة، ولكنها تتطلب قوة حوسبة هائلة. نمذجة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) — هي محاكاة حاسوبية لتدفق الموائع مع حل معادلات نافييه — ستوكس وانتقال الحرارة في أنظمة معقدة (مثل الأنابيب ذات الموائع النانوية). تتطلب هذه النمذجة خوادم فائقة الأداء ووقتًا طويلًا. قد تستغرق نمذجة انتقال الحرارة في مبادل حراري صناعي واحد ما لا يقل عن أسبوعين إلى أربعة أسابيع! يكمن ابتكار طريقتنا في دمج أساليب ديناميكا الموائع الحسابية مع خوارزميات التعلم الآلي - GPR وKNN وMLP. يشبه الأمر الانتقال من الحسابات اليدوية إلى التنبؤ الذكي: أسرع وأرخص، ولكن بنفس مستوى الدقة».
النتائج مبهرة: تتنبأ نماذج GPR وKNN بتوزيع درجة الحرارة بدقة تزيد عن %99.8. يُعد هذا إنجازًا حقيقيًا لمصنعي عدادات التدفق وأجهزة الاستشعار!
على سبيل المثال، تعمل الشركة على تطوير مستشعر جديد للإنتاج الكيميائي. في السابق، كانت عمليات محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) باهظة الثمن تستغرق أسابيع لمعايرته. تتيح النماذج التي اقترحها فريق من العلماء، بمن فيهم فلاديمير سينيتسين، الحصول على بيانات مماثلة في غضون ساعات قليلة وبتكلفة منخفضة.
ومن الأمور ذات الأهمية الخاصة استخدام السوائل النانوية مع جزيئات أكسيد النحاس (CuO)، مما يُحسّن نقل الحرارة بشكل كبير. أكسيد النحاس (CuO) هو أكسيد النحاس (Cu هو النحاس، وO هو الأكسجين). تُضاف هذه الجسيمات النانوية إلى السوائل (الماء، الزيت) لزيادة التوصيل الحراري بنسبة %20-30 وتحسين استقرار التدفق.
لاحظ العالم وجود نمط واضح لدرجة الحرارة المكافئة في الأنبوب. ويتوافق هذا تمامًا مع فيزياء التدفق، ويؤكد صحة النماذج. تُعدّ هذه البيانات كنزًا ثمينًا للمهندسين، إذ تُساعد على تحسين تصميمات المستشعرات وزيادة دقتها.
يمكن تطبيق هذا التطوير في أنظمة الطاقة، والبتروكيماويات، والتحكم في المناخ. ويعتزم فريق فلاديمير سينيتسين تكييف النماذج مع أنواع أخرى من السوائل والأنظمة الصناعية المعقدة. تُمهد هذه الخطوة الطريق لثورة حقيقية في هندسة الأجهزة.