Оптические методы для диагностики фазовых неоднородностей исследуют в НГТУ НЭТИ
Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ занимаются сравнительным исследованием оптических методов — гильберт-оптики, спекл-интерферометрии и лазерно-индуцированной флуоресценции, которые помогут управлять процессом гидродинамической кавитации, а именно — контролировать зарождение, рост и схлопывание кавитационных полостей в жидкостях.
В рамках национального проекта «Биоэкономика» ученые обращают внимание на природоподобные технологии, копирующие естественные процессы. Одним из таких процессов является гидродинамическая кавитация — образование и последующее «холодное вскипание» пузырьковых полостей в потоке жидкости.
Энергия гидроудара, возникающего при схлопывании кавитационных полостей, может быть направлена на решение множества прикладных задач — от интенсификации перемешивания и эмульгирования до очистки поверхностей и обеззараживания жидкостей, что делает это явление востребованным в пищевой, химической, фармацевтической и водоочистной отраслях.
Однако практическое внедрение кавитационных технологий сталкивается с серьезными трудностями: на протекание процесса влияет множество гидродинамических и термодинамических факторов (давление, температура, скорость потока, свойства жидкости), что делает его трудно контролируемым в реальных технологических циклах.
«Для преодоления этого барьера мы намерены детально изучить ключевые показатели процесса — энергию, выделяемую при схлопывании отдельных пузырьков, локальные температуры в зоне коллапса и динамику изменения этих параметров во времени. На основе полученных экспериментальных данных будет разработана математическая модель, описывающая взаимосвязь между управляющими воздействиями и откликом кавитационного поля. Такая модель позволит сделать процесс предсказуемым, управляемым и, следовательно, пригодным для масштабного промышленного применения», — рассказала аспирант кафедры лазерных систем физико-технического факультета НГТУ НЭТИ Анна Пронченко.
По словам исследователя, изучение методов гильберт-оптики, спекл-интерферометрии и лазерно-индуцированной флуоресценции (LIF) поможет управлять процессом гидродинамической кавитации, что открывает новые перспективы в биотехнологиях и пищевой промышленности, где контроль кавитации критически важен для качества конечной продукции.
«Для отработки физических методов управления кавитацией мы провели серию экспериментов на лабораторном стенде, который состоит из гидродинамического кавитатора, циркуляционного насоса, кюветы из оргстекла и системы оптической регистрации. Такая схема позволит реализовать три независимых оптических подхода в просветной геометрии, различающихся способом обработки прошедшего или рассеянного излучения», — отметила Анна Пронченко.
«Полученные результаты позволят нам определить стратегию дальнейших исследований, выбрать методику калибровочного этапа и подобрать оптимальный способ отслеживания параметров кавитации в режиме реального времени», — отметила ученый.