Burbuļu kolektīvas dinamikas izpēte Hele-Šova šķidra metāla modeļsistēmā

Abstract

Darba tēma ir burbuļu plūsma šķidrā metāla, un tā ietvaros tiek apskatītas burbuļu ķē- des Hele-Šova modeļsistēmās ar galinstānu, ar kurām tika veikti rentgenstaru radiogrāfijas eksperimenti. Lai dotu iespēju veikt šo sistēmu fizikālu analīzi, tiek izstrādāts un imple- mentēts rentgenstaru radiogrāfijas attēlu apstrādes algoritms, kas spēj izšķirt aglomerētus burbuļus, kuru starpā notiek arī sadursmes, kā arī to salpūšana un sķelšanās. Apskatītajās sistēmās burbuļiem novēro ļoti straujas un izteiktas formas variācijas, un formas ir nere- gulāras, līdz ar ko arī tiek piemērots speciāls algoritms burbuļu formas analīzei. Darbā tiek arī parādīts, ka izveidotais burbuļu detektēšanas algoritms dod iespēju rekonstruēt burbuļu trajektorijas un izšķirt to mijiedarbības. Visas izstrādātas metodes tika realizētas Wolfram Mathematica vidē, un viss kods ir atvērts un pieejams GitHub. Izveidotajiem rīkiem tālāk ir paredzēts pielietojums, sistemātiski izpētot burbuļu ķēžu plūsmu Hele-Šova sistēmās ar dažādiem gāzes padeves ātrumiem un ārējo ML.

The topic of this paper is bubble flow in liquid metal, and speficially bubble chains in Hele-Shaw model systems with galinstan are considered, for which X-ray radiography experiments were performed. In order to enable a physical analysis of these systems, an X-ray radiography image processing algorithm is developed and implemented, which is able to resolve agglomerated bubbles, which are also subject to collisions, as well as breakup and coalescence. In the considered systems, the bubbles show very rapid and significant shape variations, and the shapes are irregular, hence the application of a special algorithm for bubble shape analysis is required. The work shows that the bubble detection algorithm developed enables the reconstruction of bubble trajectories and the resolution of their interactions. All developed methods were implemented in Wolfram Mathematica and all code is open-source and available on GitHub. The developed tools will be used in the near future to systematically investigate the flow of bubble chains in Hele-Shaw systems with different gas supply rates and external ML configurations.