محاكاة ثلاثية الأبعاد للجسيمات البلاستيكية الدقيقة في الري لكشف التخريب

تقر مزرعة زراعية عن أضرار منهجية في محاصيلها بسبب التلوث الكيميائي. تشير الفرضية الرئيسية إلى وجود جزيئات بلاستيكية دقيقة منتشرة في نظام الري الآلي، إما بسبب عطل في المرشحات أو تخريب خارجي. لحل القضية، يتم تنفيذ سير عمل تقني يعيد بناء حركة هذه الجزيئات رقميًا، مما يسمح بتحديد نقاط الانسداد والانحرافات الشاذة في الأنابيب.

سير العمل في OpenFOAM وMeshLab للمسارات الافتراضية 🛠️

تبدأ العملية برقمنة هندسة نظام الري باستخدام المسح ثلاثي الأبعاد أو مخططات CAD، والتي يتم استيرادها إلى OpenFOAM لإنشاء الشبكة الحاسوبية. يتم تحديد خصائص السائل (الماء) وجزيئات البلاستيك الدقيقة (الكثافة والحجم والشكل غير المنتظم). تحاكي طريقة لاغرانج المسارات الفردية لكل جسيم، مع مراعاة الاضطرابات وقوى السحب. يتم تصدير النتائج كملفات نقاط ومتجهات إلى MeshLab، حيث يتم عرض المسارات الافتراضية. يتم تلوين المسارات وفقًا للسرعة أو التركيز، مما يسهل اكتشاف المناطق التي تتراكم فيها الجسيمات أو تنحرف بشكل غير متوقع.

التحليل الجنائي باستخدام ImageJ لتحديد الأعطال أو التخريب 🔍

تتم معالجة المسارات الافتراضية في ImageJ من خلال وحدة التحليل ثلاثي الأبعاد الخاصة به. يتم تطبيق مرشحات العتبة لعزل الجسيمات التي لا تتبع التدفق الصفحي المتوقع. من خلال تراكب المسارات المحاكاة على التصميم الأصلي للنظام، يتم تحديد الانحرافات الشاذة التي تشير إلى انسدادات جزئية في المرشحات أو وجود نقطة حقن خارجية غير مصرح بها. تسمح هذه الطريقة بالتمييز بين العطل الفني (التراكم التدريجي) والتخريب (نمط الانتشار المفاجئ والمحلي)، مما يوفر أدلة كمية للتحقيق.

هل من الممكن نمذجة سلوك جزيئات البلاستيك الدقيقة في أنظمة الري بالتنقيط في الوقت الفعلي للتمييز بين التلوث العرضي والتخريب المتعمد؟

(ملاحظة: محاكاة المسارات تشبه لعب البلياردو، ولكن دون الحاجة لتنظيف الطاولة بعد ذلك.)