Проект «Инноваторы» выходит при поддержке ООО «Омсктехуглерод», высокотехнологичного предприятия, имеющего свой научно-технический центр и понимающего важность продвижения молодых ученых, исследователей и разработчиков.
Весной несколько ученых ОмГТУ получили гранты РНФ на научные исследования. Среди них кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ Сергей КАЙГОРОДОВ. Он занимается разработкой концептуальных основ многомерной оптимизации резисторных гидродиодов на основе использования нейронных сетей. О назначении резисторных гидродиодов и задачах, которые возлагаются на нейронные сети, узнала обозреватель еженедельника «Коммерческие Вести» Анастасия ИЛЬЧЕНКО.
– Сергей Юрьевич, расскажите, пожалуйста, что такое резисторные гидродиоды.
– Гидродиоды представляют собой трубу со сложной геометрией внутри – с каналами, по которым жидкости в одну сторону текут, практически не встречая сопротивления, а в другую встречают его. Это некий аналог клапана, только клапан может полностью запереть поток в обратном направлении, а гидродиоды – нет. Но у клапана есть минусы. Поскольку это подвижные элементы, они могут изнашиваться, заклинивать, приводить к засорению и т.д. В то время как гидродиод – это практически вечное устройство. Однако в связи с тем, что они не могут полностью запереть поток, сфера применения гидродиодов ограничена. Тем не менее есть направления, где используют именно их, например при борьбе с гидроударами, в микрорасходных насосах.
– Почему вы изучаете именно резисторные гидродиоды?
– Вообще существуют резисторные и дефлекторные гидродиоды. Сегодня почти все ученые исследуют резисторные. Дело в том, что дефлекторные подразумевают разделение потоков, это трубы, условно, в форме буквы Y, т.е. в них часть жидкости должна уходить в какую-то другую емкость. Их редко используют в виду сложности. Куда девать дополнительный поток?
– В чем состоит суть вашего исследования?
– Еще в рамках написания кандидатской диссертации я занимался оптимизацией – исследовал диафрагменный резисторный гидродиод на предмет установки его в насос. Смотрел, как влияют количество пластин, расстояние между ними, угол наклона на эффективность работы гидродиода. Проводил опыты. Но выборку можно продолжать практически бесконечно. Да, мы испытали условно пять моделей, а если бы продолжили, возможно, получили бы точку максимума. Поняв это, мы решили использовать нейросеть. Наша задача – получить численные расчеты, экспериментальные данные, а затем на основе этой информации обучить нейросеть, чтобы она показала конструкцию, которая даст максимальную эффективность, сказала, при выборе каких геометрических параметров мы получим максимум.
– Кому будет полезно ваше исследование?
– Гидродиоды чаще всего используют в микронасосах, которые применяются в пищевой и косметической промышленности, а также в космической отрасли. Во всех этих сферах нужны насосы, не обладающие клапанами и любыми другими подвижными элементами, которые из-за износа могут попасть в перекачиваемую среду. Это недопустимо. Поэтому ставят гидродиоды. В них ничего не двигается, ничего не изнашивается, а значит их спокойно можно использовать и в пищевой, и в косметической промышленности.
– Получается, гидродиоды в принципе долговечнее, а ваши исследования могут сделать их и эффективнее. Но как оценить эффект?
– В одну сторону по гидродиоду проходит одно количество жидкости, а в другую – меньшее. Мы хотим добиться, чтобы эта разница была максимально значительной. Она называется «диодность». Сейчас у большинства гидродиодов диодность довольно низкая. В рамках диссертации я исследовал насос с гидродиодом, где она составляла 1,3. Есть конструкции и с более высокой диодностью, но чаще всего это вихревые диоды. У них свои особенности: требуется время для закрутки потока в вихревой камере. В струйных прямоточных резисторных гидродиодах диодность обычно низкая. Наша задача – это исправить и получить более высокие значения – 2 и выше. Это вполне достижимо.
– Теоретические расчеты это подтверждают?
– Даже экспериментальные, мы пока просто не опубликовали эти данные. В теории же разницу расходов можно получить в три раза, а возможно, и более.
– Что планируете сделать на средства гранта?
– Большую часть средств гранта планирую потратить на экспериментальные исследования, а также численные – нам нужен мощный компьютер. Предстоят расчеты, которые занимают довольно длительное время. Один может проходить более суток. Плюс исследование – это не только долго, но и всегда дорого: нужно сделать и стенд, и подготовить сам гидродиод, а к нему оснастку, датчики.
– Вы сами изготавливаете гидродиоды?
– Да, стараемся своими силами. Иногда обращаемся на заводы, если требуется что-то сложное.
– Используете 3D-принтер?
– По большей части, да. Раньше изготавливали на электроэрозионном станке. Но это дорого и сложно. И даже на 3D-принтере, когда требуется много моделей, получается накладно. Плюс все рабочие элементы приходится делать из металла, пластиковые не годятся. Поэтому в итоге получается некий комбинированный Франкенштейн, у которого корпус из пластика, а рабочие элементы из металла.
– На какое время рассчитан грант РНФ, который вы получили?
– На два года. Ранее я уже выигрывал подобный, выполнял другое исследование, связанное с гидродиодами. Кроме того, в 2011 году я стал победителем конкурса УМНИК. Моя разработка тоже касалась насосов, но до ее внедрения дело не дошло, средств было недостаточно. К сожалению, промышленные предприятия по большей части не заинтересованы вкладываться в новые разработки, если все и так работает. Моя задача состоит в том, чтобы доработать насос до уровня, когда он будет интересен промышленности и его можно будет внедрять.
– На вашей страничке на сайте ОмГТУ указано, что вы являетесь автором научной статьи на тему получения воды из воздуха. Расскажите, что это за исследование.
– Это относительно дорогостоящая тема, которую сложно продвигать без грантов. В статье я изложил, как теоретически должна работать данная система. Как она покажет себя практически, нужно изучать. Математически рассчитать это довольно сложно, проще экспериментально.
– Какая идея лежит в основе? За рубежом уже продают автодома, оснащенные подобными установками.
– Такой идеи, как у нас, я не встречал. Большинство существующих устройств основано на использовании холодильной машины, материалов, впитывающих влагу, гидрофобных, гидрофильных поверхностей. С их помощью добывают жидкость. Наша модель предполагает, что жидкость может растворять в себе воздух. Если мы будем насильно загонять воздух в воду, он там растворится. Затем нужно выделить оттуда сухой воздух, тогда количество влаги постепенно увеличится. То есть получается такой парадокс: чтобы получить воду, надо уже иметь ее. Тогда количество воды будет возрастать. Мы не добьемся такого количества воды, как при использовании холодильной установки, но нам и не нужны поршневые компрессоры, инертные газы и ниже стоимость. Наша установка не так дорога в производстве и эксплуатации.
– Чем увлекаетесь в свободное от работы и науки время?
– Спортом – велосипед, воркаут, любительская стрельба. Стреляю по баночкам из пневматики. Такое оружие не требует регистрации, его можно свободно купить, если исполнилось 18 лет. Мне еще с детства нравилось стрелять в тире, всегда хотел иметь свое собственное оружие, чтобы можно было стрелять сколько хочешь в свое удовольствие. И лет в 25 я реализовал мечту. Сейчас у меня две винтовки и еще есть лук. В пару к нему хочу приобрести и арбалет.
– Охотой тоже увлекаетесь?
– Нет, охота – это не мое, не хочу никого убивать. Стреляю только по мишеням.
Биография
Сергей Юрьевич КАЙГОРОДОВ
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Гидромеханика и транспортные машины» ОмГТУ
Сергей Юрьевич КАЙГОРОДОВ родился 25 мая 1989 года в городе Оренбурге. В 2006 году окончил в омске школу № 110 и поступил в ОмГТУ. В 2012 году с отличием окончил магистратуру ОмГТУ. В 2014 году поступил в аспирантуру. Защитил кандидатскую диссертацию в 2022 году. Во время учебы работал на СТО автослесарем, затем мастером ПАТП №4. С 2011 года работает в ОмГТУ – сначала инженером на кафедре Гидромеханика и транспортные машины, затем преподавателем, с 2022 года – доцентом.
Женат, воспитывает дочь.
Фото © пресс-служба ОмГТУ
