基于光纖式高速攝影技術測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。多相流動過程制約著生產(chǎn)和工藝流程的質量與安全，而顆粒相特性參數(shù)是研究多相流動機理的關鍵。盡管目前已發(fā)展了多種顆粒相特性參數(shù)測量手段，如PIV技術和LDV技術等，但這些技術大多適用于稀相流，針對稠密多相流測量技術的研究還比較欠缺，特別是對于稠密相流場內部，至今仍缺乏有效的測量手段同時測得顆粒的速度、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、高速攝影技術和圖像處理技術，研制了一種光纖式高速攝影測量系統(tǒng)，它以光纖內窺鏡、高速CCD、金屬鹵素燈和大內存計算機為核心組件，光纖內窺鏡能夠介入稠密相流場內部，配合高速CCD拍攝被金屬鹵素燈照亮區(qū)域中顆粒群的運動視頻。通過引入計算機，本系統(tǒng)實現(xiàn)了多相流場中運動顆粒視頻圖像的實時自動采集和離線自動處理，提取出顆粒群的速度、數(shù)密度和濃度，并加以保存。
　　本文重點研究了顆粒圖

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

4、跟蹤，并顯著縮短了運算時間。本文改進了普通攝像法中以連續(xù)兩幀圖像計算顆粒速度的算法，通過連續(xù)三幀圖像來提取顆粒速度，消除了隨機誤差，提高了測量精度。
　　最后，本文在三維圓柱形噴動床試驗臺上，對本文設計的光纖式高速攝影測量系統(tǒng)進行了測試，測量了噴動床內小米顆粒的速度、數(shù)密度和濃度沿床體徑向和軸向的空間分布規(guī)律，并對測量結果進行了統(tǒng)計分析。試驗表明，本系統(tǒng)實現(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)律的同時測量，具有較好的應