高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置，包括氣泡生成部分與圖像采集及處理部分；氣泡生成部分包括氣泵，轉(zhuǎn)子流量計，曝氣頭和測試容器，曝氣頭與氣泵通過膠管相連，曝氣頭從膠皮塞穿過進(jìn)入測試容器內(nèi)部；圖像采集處理部分包括計算機(jī)、圖像采集控制卡、攝像機(jī)、光源、測試容器外部支架，圖像采集控制卡安裝在計算機(jī)中，攝像機(jī)位于測試容器一側(cè)；外部支架固定在測試容器外，光源通過外部支架懸掛在測試容器內(nèi)，光源與攝像機(jī)處于同一高度且正對攝像機(jī)；攝像機(jī)與計算機(jī)內(nèi)的圖像采集控制卡相連接。該裝置利用攝像機(jī)采集圖像，并利用計算機(jī)在線，快速準(zhǔn)確的識別圖像里高濃度分散相多相流中的氣泡，并得到氣泡物性參數(shù)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于多相流領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度分散相中多相流中的氣泡識別及測量裝置。
技術(shù)介紹
高濃度分散相多相流廣泛存在于能源，動力和化工等領(lǐng)域。這些系統(tǒng)中， 氣體通常以氣泡的形式分散在多相流中，在上升過程中，與周圍氣泡，液流以及分分散相發(fā)生相互作用，從而影響系統(tǒng)的傳質(zhì)，傳熱或反應(yīng)特性。在諸多工程和實(shí)驗(yàn)中，高濃度分散相多相流中氣泡的物性參數(shù)(如氣泡尺寸及數(shù)量分布)是重要的工藝參數(shù)，氣泡識別的精確程度直接影響到氣泡動力規(guī)律研究的準(zhǔn)確性。尤其在反應(yīng)器研究方面，多相流中分散相與氣泡的相互接觸以及反應(yīng)器內(nèi)環(huán)境的均勻性都與氣泡的物性和運(yùn)動特性密切相關(guān)。而高濃度分散相的存在，使得對氣泡行為的觀察更加困難，因此，對多相流中氣泡尺寸及數(shù)量的定量測量，不僅是認(rèn)識各種涉及氣泡的高濃度分散相多相流動特性的重要前提，也為解決實(shí)際工程問題提供理論指導(dǎo)。隨著對多相流流動特性研究的深入，對于氣泡測量手段提出了更高的要求。早期受測量技術(shù)的限制，此方面的手段僅限于氣液兩相流或低濃度分散中氣泡的測量，如快速關(guān)閉閥門法、電導(dǎo)法、射線衰減法、壓差法、微波法、光纖探針、電導(dǎo)探針法、多孔法以及漂移量分析法等。雖然近年來，圖像處理作為現(xiàn)代信息處理技術(shù)，已被廣泛地應(yīng)用到各種參數(shù)檢測中，其中高速攝像法是一種非接觸式瞬態(tài)、整場測量方法，可以直觀顯示氣泡的大小及其分布，以及氣泡的運(yùn)動過程，同時連接計算機(jī)和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對氣液兩相中氣泡快速準(zhǔn)確的在線識別與測量。但一般高速攝像法采用外部光源，然而由于多相流中高濃度分散相的存在，阻礙了外部光源的射入，使得高速攝像機(jī)不能捕捉到清晰的氣泡圖像進(jìn)而無法完成后期的圖像處理，所以目前的技術(shù)多局限于氣液兩相流和低濃度分散相條件下多相流中對氣泡的測量和識別，無法對高濃度分散相多相流中氣泡行為進(jìn)行描述。而采用光源內(nèi)置的方法，選取體積較小的光源，在不影響多相流整場流動情況下，提供充足光線，同時結(jié)合高速攝像相的使用，使得對高濃度分散相多相流中氣泡的識別和測量成為可能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本技術(shù)的目的在于，提供一種高濃度分散相多相流中的氣泡識別和測量裝置，該裝置利用攝像機(jī)采集圖像，通過光源內(nèi)置的方法提供充足的光線，并利用計算機(jī)在線，快速準(zhǔn)確的識別圖像中多相流中的氣泡，最后得到氣泡的物性參數(shù)。為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)采用如下技術(shù)解決方案一種高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置，其特征在于，包括氣泡生成部分和圖像采集部分；其中氣泡生成部包括氣泵，轉(zhuǎn)子流量計，曝氣頭，和測試容器，其中，曝氣頭與氣泵通過膠管連接到曝氣頭的下端，膠管上安裝有轉(zhuǎn)子流量計，測試容器底部中心開有圓孔，在該圓孔中塞入中空的膠皮塞，曝氣頭的上端從膠皮塞的空腔穿過進(jìn)入測試容器內(nèi)部；圖像采集及處理處理部分包括計算機(jī)，圖像采集控制卡，攝像機(jī)，外部支架，光源，其中，圖像采集控制卡安裝在計算機(jī)中，攝像機(jī)位于測試容器的一側(cè)并正對測試容器，外部支架固定在測試容器的外部，光源通過外部支架懸掛在測試容器內(nèi)，光源與攝像機(jī)處于同一水平高度且正對攝像機(jī)；攝像機(jī)與計算機(jī)中的圖像控制卡相連接。本技術(shù)還包括以下技術(shù)特征所述攝像機(jī)通過千兆以太網(wǎng)線與計算機(jī)內(nèi)的圖像采集控制卡相連接。所述氣泵采用真空氣泵。 所述曝氣頭采用石英曝氣頭。所述測試容器側(cè)壁帶有刻度。所述測試容器底部留有排水閥門。所述測試容器采用透明容器。所述攝像機(jī)采用CMOS高速攝像儀。所述光源采用防水強(qiáng)光光源。本技術(shù)的有益產(chǎn)效果可實(shí)現(xiàn)高濃度分散相存在條件下多相流中氣泡參數(shù)的準(zhǔn)確測量，這對深入認(rèn)識這種流動現(xiàn)象的物理本質(zhì)，解決實(shí)際工程問題均有重要意義，而且可為工程設(shè)計人員研發(fā)高效機(jī)器視覺工業(yè)設(shè)備提供設(shè)計指導(dǎo)。附圖說明圖I是本技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本技術(shù)的圖像處理工作流程圖。圖3是氣泡大小等效圖。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本技術(shù)進(jìn)一步解釋說明。具體實(shí)施方式如圖I所示，本技術(shù)的高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置，包括氣泡生成部分與圖像采集部分；其中氣泡生成部分包括氣泵I，轉(zhuǎn)子流量計2，曝氣頭3和測試容器4，其中，氣泵I通過膠管6連接到曝氣頭3的下端，膠管6上安裝轉(zhuǎn)子流量計2，轉(zhuǎn)子流量計2用以控制氣泡生成速率；測試容器4底部中心開有孔徑80MM的圓孔，在該圓孔中塞入中空的膠皮塞，曝氣頭3的上端從膠皮塞中的空腔穿過而進(jìn)入測試容器4內(nèi)部，曝氣頭3用以生成氣泡。測試容器4側(cè)壁帶有刻度，以便為拍攝結(jié)果提供高度標(biāo)度。測試容器4底部留有排水閥門(圖中未標(biāo)出)。氣泡生成部分的各個接口靈活連接，可卸可接，方便操作。氣泵I采用真空氣泵。曝氣頭3采用石英曝氣頭。測試容器4采用透明容器，如有機(jī)玻璃容器。圖像采集及處理處理部分包括計算機(jī)5，圖像采集控制卡，攝像機(jī)7，外部支架8，光源9，其中，圖像采集控制卡安裝在計算機(jī)5中，攝像機(jī)7位于測試容器4的一側(cè)并正對測試容器4，外部支架8固定在測試容器4的外部，光源9通過外部支架8懸掛在測試容器4內(nèi)，光源9與攝像機(jī)7處于同一水平高度且正對攝像機(jī)7 ;攝像機(jī)7通過千兆以太網(wǎng)線與計算機(jī)5中的圖像控制卡相連接。攝像機(jī)7采用CMOS高速攝像儀。為達(dá)到布光強(qiáng)度，光源9采用體積較小且防水的強(qiáng)光光源。如圖2所示，本技術(shù)的工作步驟如下I)準(zhǔn)備光源9，打開真空氣泵I開關(guān)，氣體從軟管中經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計2，進(jìn)入曝氣頭3的的氣體以鼓泡的方式進(jìn)入測量容器4底部并上升，開啟攝像機(jī)7并調(diào)節(jié)焦距到出現(xiàn)清晰圖像；2)利用攝像機(jī)7獲取高濃度分散相多相流中氣泡圖像，并將采集到的氣泡圖像實(shí)時發(fā)送給計算機(jī)5。·3)計算機(jī)5對獲得的圖像進(jìn)行預(yù)處理、濾波、邊緣檢測、氣泡區(qū)填充、標(biāo)定等。利用圖2所示的圖像處理流程對獲得的圖像利用邊緣檢測和圖像填充技術(shù)提取并計算氣泡尺寸，使用基于形態(tài)學(xué)理論的分水嶺算法對氣泡圖像進(jìn)行分割，獲得分離的氣泡圖像；4)計算機(jī)5獲得氣泡團(tuán)的各尺寸氣泡的分布密度，最終得到氣泡參數(shù)統(tǒng)計分析。其中，利用計算機(jī)5對拍攝到的每幅圖在線確定氣泡的具體位置和尺寸。由于氣泡的形狀通常為橢球形，通過分析二維圖像分析，得到氣泡的長徑dv(mm)和短徑dh(mm)，長徑和短徑的表示方法如圖3所示。采用當(dāng)量直徑deq表示氣泡大小，計算方法如下_] deq={dvdl)[!·應(yīng)用實(shí)施例應(yīng)用本技術(shù)對實(shí)際工業(yè)中廣泛存在的高濃度分散相多相流中的氣泡在不同實(shí)驗(yàn)條件下(如氣泡團(tuán)，分散相濃度為500，600, 700mg/L等不同工況)的上升運(yùn)動進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)中，氣泡團(tuán)采用本技術(shù)氣泡發(fā)生裝置生成，液體使用不同分散相濃度的SBR好氧顆粒污泥。氣泡的瞬時運(yùn)動利用加拿大Mega Speed Corp公司的MS75K高速攝影儀實(shí)時記錄，獲得氣泡的形狀、大小、軌跡和分布。權(quán)利要求1.一種高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置，其特征在于，包括氣泡生成部分和圖像采集及處理部分；其中 氣泡生成部包括氣泵(I)，轉(zhuǎn)子流量計(2)，曝氣頭(3)，和測試容器(4)，其中，曝氣頭(3 )與氣泵(I)通過膠管連接到曝氣頭(3 )的下端，膠管上安裝有轉(zhuǎn)子流量計(2 )，測試容器(2)底部中心開有圓孔，在該圓孔中塞入中空的膠皮塞，曝氣頭(3)的上端從膠皮塞的空腔穿過進(jìn)入測試容器(4)內(nèi)部； 圖像采集及處理處理部分包括計本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高濃度分散相多相流中的氣泡識別及測量裝置，其特征在于，包括氣泡生成部分和圖像采集及處理部分；其中：氣泡生成部包括氣泵(1)，轉(zhuǎn)子流量計(2)，曝氣頭(3)，和測試容器(4)，其中，曝氣頭（3）與氣泵（1）通過膠管連接到曝氣頭（3）的下端，膠管上安裝有轉(zhuǎn)子流量計（2），測試容器（2）底部中心開有圓孔，在該圓孔中塞入中空的膠皮塞，曝氣頭（3）的上端從膠皮塞的空腔穿過進(jìn)入測試容器（4）內(nèi)部；圖像采集及處理處理部分包括計算機(jī)(5)，圖像采集控制卡，攝像機(jī)(7)，外部支架（8），光源(9)，其中，圖像采集控制卡安裝在計算機(jī)(5)中，攝像機(jī)(7)位于測試容器(4)的一側(cè)并正對測試容器(4)，外部支架（8）固定在測試容器（4）的外部，光源（9）通過外部支架（8）懸掛在測試容器（4）內(nèi)，光源（9）與攝像機(jī)（7）處于同一水平高度且正對攝像機(jī)（7）；攝像機(jī)（7）與計算機(jī)（5）中的圖像控制卡相連接。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田野，李彥鵬，孟慶龍，
申請(專利權(quán))人：長安大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：