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气液两相流中气泡特征分析与速度场测量方法研究

作　者: 曲伟杰
导　师: 孙宏军
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 气液两相流 气泡特征 速度场 数字图像处理 图像互相关 亚像素拟合 相机标定
分类号: O359.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 141次
引　用: 2次
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内容摘要


随着科学技术的迅速发展,气液两相流在诸如动力、化工、核能、石油、冶金、环境等领域中得到了越来越广泛的应用,就其工程应用效果而言,在很大程度上取决于气泡运动形态以及分散相和连续相之间的相互作用。为了深入研究气液两相流动机理,准确地表述分散相的运动特性,并由此指导生产过程及实践,对于气泡形状等特征的分析及速度场的获取具有重要的意义。本文在总结分析气液两相流参数检测发展、数字图像处理技术、数学形态学、二维数字式粒子图像测速技术、三维数字式粒子图像测速技术后,针对稀疏气泡特征分析以及稀疏和密集气相下速度场的重建进行研究。基于数字图像处理技术针对稀疏气泡通过图像预处理、图像增强、二值化、数字形态学等方法进行了特征提取,比较了不同图像增强方法、二值化方法的效果,最后确定采用3*3中值滤波、图像对数变换增强和增强大津法二值化的技术路线,得到了较为满意的结果,获得了气泡形状特征参数,并通过连续两帧气泡图像获得气泡速度参数,为后续研究气泡运动形态及气液两相间相界面相互作用打下基础。针对密集气相速度场测量,基于日本可视化学社提供的标准图像进行了仿真研究。采用基于傅里叶变换的互相关和回归迭代互相关技术,获得了较好的位移矢量场参数,验证了方法的正确性及回归迭代互相关技术在测量精度上的优越性;同时将亚像素拟合技术予以应用,进一步提高了速度场测量精度,并验证了了3点高斯亚像素拟合方法在测量精度上的优越性;最后对回归迭代互相关中产生的误矢量进行了分析与修正。针对气液两相流速度场三维测量方法进行了初步研究,分析了三维测量原理,并对三维测量技术中关键的相机标定技术进行了分析总结,并着重研究了tsai相机标定两步法。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 气液两相流参数概述  8-9
  1.2 课题研究背景及意义  9-11
  1.3 图像测速技术概述及研究现状  11-13
  1.4 课题的研究内容和创新点  13-14
  1.5 本文的章节结构  14-16
第二章 基于数字图像处理的气液两相流气泡特征分析  16-33
  2.1 数字图像处理技术在气液两相流研究中的应用  16-18
  2.2 图像处理及气泡特征分析  18-30
    2.2.1 图像预处理  18-19
    2.2.2 空域变换增强  19-23
    2.2.3 图像二值化  23-28
    2.2.4 数字形态学处理  28-29
    2.2.5 气泡特征提取  29-30
  2.3 气泡速度测量  30-32
  2.4 小结  32-33
第三章 图像互相关测速技术在气液两相流速度场测量中的应用研究  33-48
  3.1 图像互相关测速技术原理与发展  33-37
  3.2 基于傅里叶变换的图像互相关测速原理  37-39
  3.3 基于傅里叶变换的气泡图像互相关速度场获取  39-43
    3.3.1 仿真实验图像及速度真值获取  39-40
    3.3.2 基于傅里叶变换的图像互相关测速实验验证  40-43
  3.4 基于回归互相关气相速度测量  43-47
    3.4.1 回归互相关原理及实现  44-46
    3.4.2 回归互相关实验验证  46-47
  3.5 小结  47-48
第四章 基于图像互相关测速的气液两相流速度场后处理技术研究  48-58
  4.1 亚像素拟合  48-53
    4.1.1 亚像素拟合方法概述  48-50
    4.1.2 基于高斯法亚像素拟合前后精度比较  50-53
  4.2 速度误矢量修正  53-57
    4.2.1 频域低通滤波修正方法  54
    4.2.2 基于连续性方程的速度误矢量修正  54-56
    4.2.3 回归迭代误矢量修正实验验证  56-57
  4.3 小结  57-58
第五章 气液两相流三维速度场测量初步研究  58-67
  5.1 气液两相流三维速度场测量原理  58-60
  5.2 相机标定技术  60-66
    5.2.1 相机标定方法综述  61-62
    5.2.2 tsai两步法原理  62-66
  5.3 小结  66-67
第六章 总结与展望  67-68
参考文献  68-74
发表论文和科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 多相流 > 液、气（汽）二相流
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