基于光纖式高速攝影技術(shù)測(cè)量稠密顆粒相特性參數(shù)的方法研究.pdf

1、多相流普遍存在于能源、化工和制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中，如煤粉在流化床鍋爐內(nèi)的燃燒、石油的催化裂化、物料的流態(tài)化干燥以及藥片的包衣和造粒等。多相流動(dòng)過程制約著生產(chǎn)和工藝流程的質(zhì)量與安全，而顆粒相特性參數(shù)是研究多相流動(dòng)機(jī)理的關(guān)鍵。盡管目前已發(fā)展了多種顆粒相特性參數(shù)測(cè)量手段，如PIV技術(shù)和LDV技術(shù)等，但這些技術(shù)大多適用于稀相流，針對(duì)稠密多相流測(cè)量技術(shù)的研究還比較欠缺，特別是對(duì)于稠密相流場(chǎng)內(nèi)部，至今仍缺乏有效的測(cè)量手段同時(shí)測(cè)得顆粒的速度、數(shù)密度和

2、濃度等特性參數(shù)的空間分布規(guī)律。
　　本文基于光纖技術(shù)、高速攝影技術(shù)和圖像處理技術(shù)，研制了一種光纖式高速攝影測(cè)量系統(tǒng)，它以光纖內(nèi)窺鏡、高速CCD、金屬鹵素?zé)艉痛髢?nèi)存計(jì)算機(jī)為核心組件，光纖內(nèi)窺鏡能夠介入稠密相流場(chǎng)內(nèi)部，配合高速CCD拍攝被金屬鹵素?zé)粽樟羺^(qū)域中顆粒群的運(yùn)動(dòng)視頻。通過引入計(jì)算機(jī)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多相流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)顆粒視頻圖像的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集和離線自動(dòng)處理，提取出顆粒群的速度、數(shù)密度和濃度，并加以保存。
　　本文重點(diǎn)研究了顆粒圖

3、像的處理算法。首先分析了光纖內(nèi)窺鏡圖像產(chǎn)生畸變的原因，提出了對(duì)畸變圖像進(jìn)行校正的算法。然后分析了攝像機(jī)的成像模型，研究了本系統(tǒng)中攝影裝置的標(biāo)定方法，建立了像素尺寸到實(shí)際尺寸的映射函數(shù)。另外，針對(duì)光纖內(nèi)窺鏡圖像整體對(duì)比度低、亮度不均勻且局部細(xì)節(jié)不突出的特點(diǎn)，文中對(duì)圖像增強(qiáng)算法進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)同態(tài)濾波算法能取得較好的效果。本文在PIV技術(shù)中互相關(guān)算法思想的指導(dǎo)下，以顆粒的像素面積和圓形度作為聯(lián)合識(shí)別特征，實(shí)現(xiàn)了顆粒在連續(xù)兩幀圖像間的準(zhǔn)確

4、跟蹤，并顯著縮短了運(yùn)算時(shí)間。本文改進(jìn)了普通攝像法中以連續(xù)兩幀圖像計(jì)算顆粒速度的算法，通過連續(xù)三幀圖像來提取顆粒速度，消除了隨機(jī)誤差，提高了測(cè)量精度。
　　最后，本文在三維圓柱形噴動(dòng)床試驗(yàn)臺(tái)上，對(duì)本文設(shè)計(jì)的光纖式高速攝影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)量了噴動(dòng)床內(nèi)小米顆粒的速度、數(shù)密度和濃度沿床體徑向和軸向的空間分布規(guī)律，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)表明，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了稠密氣固兩相流中顆粒相速度、數(shù)密度和濃度分布規(guī)律的同時(shí)測(cè)量，具有較好的應(yīng)