【摘 要】
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小管道气液两相流广泛应用于能源、化工和医疗等领域,由于小管道气液两相流的复杂性,小管道气液两相流气泡轮廓重建技术在工业生产和学术研究中都有十分重要的价值和意义。为了更好地满足小管道气泡可视化、气泡轮廓机理研究和其他参数检测等方面的需求,本文基于小管道气液两相流的光学机理,对小管道气泡轮廓重建技术进行了研究,提出了一种小管道气泡轮廓重建新方法,该方法能够实现气泡截面轮廓和三维轮廓的重建。本文的主要工
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小管道气液两相流广泛应用于能源、化工和医疗等领域,由于小管道气液两相流的复杂性,小管道气液两相流气泡轮廓重建技术在工业生产和学术研究中都有十分重要的价值和意义。为了更好地满足小管道气泡可视化、气泡轮廓机理研究和其他参数检测等方面的需求,本文基于小管道气液两相流的光学机理,对小管道气泡轮廓重建技术进行了研究,提出了一种小管道气泡轮廓重建新方法,该方法能够实现气泡截面轮廓和三维轮廓的重建。本文的主要工作如下:1.本文搭建一套用于重建小管道气泡轮廓的测量系统,该测量系统由两相流驱动单元、气泡轮廓重建单元和高速摄像监测单元三个模块组成。其中最重要的气泡轮廓重建单元能够产生竖直、水平两个方向上的入射光线,并通过高速CMOS传感器获取两个方向上的出射光强分布,最后根据光强分布实现气泡截面轮廓和三维轮廓的重建。2.本文提出了一种用于重建小管道气液两相流气泡截面轮廓的新方法。该方法首先采用位置和大小可变的椭圆模型来表征气泡的截面轮廓,然后对两个方向上的光强分布图像进行预处理和特征提取,通过回归分析建立光强分布特征与气泡截面椭圆参数之间的关系,并得到两者之间的数学表达式,建立气泡截面轮廓重建模型。最后根据气泡截面轮廓重建模型和光强分布数据即可实现气泡截面轮廓重建。3.基于小管道气泡截面轮廓重建模型,本文提出了一种小管道气泡三维轮廓重建新方法。该方法通过在流动方向上堆叠气泡截面切片重建气泡的拟三维轮廓,然后将气泡三维切片轮廓进行侧面和底面投影,采用双三次样条插值算法对侧面和底面的投影结果进行插值,优化气泡轮廓,最终重建得到更加平滑、精细的气泡三维轮廓。4.为了验证气泡轮廓重建新方法,本文对液膜厚度和相含率两个参数进行了测定。本文通过气泡截面轮廓实现液膜厚度的估计,利用气泡三维轮廓实现相含率的预测,并在4.8 mm、3.28 mm和2.30 mm三种不同的管径下进行了相关实验。在三种不同管径的实验中,液膜厚度的预测值与经验公式的经验值相比,两者保持较好的一致,相含率的预测结果与高速摄像的参考值之间的相对误差均在10%以内。实验结果表明:本文提出的气泡截面轮廓和三维轮廓重建新方法是有效的,能够通过光强分布实现气泡截面轮廓和三维轮廓的重建。
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