Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые научили ИИ считать капли в нанопорах, что увеличит эффективность нефтедобычи
Коллектив ученых из Центра вычислительной физики МФТИ с коллегами разработали алгоритм PANDA-NN, автоматизирующий расчет контактного угла в системе жидкость-жидкость-твердое тело. Этот подход упрощает расчет и повышает воспроизводимость исследований смачивания в наномасштабе. Алгоритм особенно полезен для оптимизации нефте- и газодобычи.
Результаты опубликованы в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
Краевой угол смачивания, или контактный угол,— это количественный параметр, характеризующий взаимодействие между средами и определяющий поверхностные явления в системе этих сред, например капиллярное давление, проницаемость. Он важен при моделировании течения жидкости в пористых средах.Точные значения угла смачиваемости позволяют создавать надежные модели течения флюидов, оптимизирующие процессы нефтедобычи, газа и других полезных ископаемых.
Традиционное моделирование контактного угла основывается на построении границы раздела между двумя средами с последующей аппроксимацией. Такой подход позволяет достаточно точно определить контактный угол, но требует ручной настройки важных параметров, таких как порог плотности, размер сетки для построения плотностного профиля или тип аппроксимации. Подгонка этих параметров может приводить к ошибке в определении величины угла смачиваемости и ухудшать воспроизводимость результатов.
Авторы работы представили усовершенствованный алгоритм определения контактного угла по одномерным профилям: PANDA-NN. В отличие от предыдущей версии PANDA в нем используется машинное обучение для автоматического определения формы границы раздела между двумя фазами в нанопорах, такие как капля, пончик, червь, рулет и перфорация. Нейронная сеть автоматически определяет тип границы и подбирает подходящую математическую модель для анализа профиля плотности на основе данных молекулярного моделирования.
«Наш алгоритм в предыдущей версии PANDA рассчитывал угол смачивания по профилю плотности жидкости, зная форму ее капли. В новой версии это не нужно — форму капли определяет нейросеть, она же выбирает подходящее уравнение для аппроксимации профиля»,— пояснил Илья Копаничук, старший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
Также в PANDA-NN добавлен дополнительный параметр — толщина смачивающего слоя — тонкого слоя жидкости, прилегающего к твердой подложке. Учет этого слоя позволяет минимизировать ошибку в определении функции плотностного профиля. Алгоритм PANDA-NN стабилен и дает воспроизводимые результаты, которые совпадают с экспериментальными данными с точностью до 5%, что намного лучше предыдущего метода PANDA (13%) и классического метода circle fit (10%). Однако для сложных поверхностей раздела, таких как червь, отклонения от экспериментальных значений превышают точность 5%, что требует тщательного выбора состава системы.
Автоматизация PANDA-NN позволяет проводить массовые расчеты углов смачивания при различных типах жидкостей и подложек, размерах пор и температурах. Это делает метод перспективным для оптимизации нефте- и газодобычи, где точные модели течения флюидов помогают повысить эффективность.
«Наш алгоритм не требует участия человека в расчетах или калибровки гиперпараметров под каждую систему — все уже настроено. К тому же он автоматически учитывает толщину адсорбционной пленки, чего не умеет ни один из конкурирующих алгоритмов»,— отметил Илья Копаничук
«Разработанный нами алгоритм PANDA-NN позволяет с высокой степенью автоматизации определять краевые углы смачивания в нанопористых структурах. Это открывает новые возможности для моделирования процессов фильтрации и вытеснения флюидов, в том числе в задачах нефтедобычи и анализа капиллярных эффектов в породах-коллекторах»,— дополнил Алексей Семенчук, младший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ.
На данный момент алгоритм работает только для систем жидкость—жидкость—твердое тело, а для систем жидкость—пар—твердое тело уже требуется доработка учета переменного объема капли. В будущем авторы планируют доработать алгоритм и разработать приложения для его активного применения.
В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики МФТИ, Объединенного института высоких температур РАН, Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта РАН и AIRI.
Telegram 
Дзен 
VK Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Квантовые эффекты помогают ученым во множестве сфер, но работать с ними не просто — степень определенности квантового мира концептуально отличается от того, что существует в классической физике. Чтобы подтвердить, что они работают с нужными квантовыми состояниями, физикам приходится постараться.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно