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基于高速摄像系统的小管道气液两相流参数测量方法研究

黄刚  
【摘要】:气液两相流广泛地存在于工业生产过程中,其参数测量具有重要的科研价值和工程意义。目前,在小管道气液两相流的流动机理等方面还缺乏系统的理论,其参数检测的研究工作还处在起步阶段。相关参数检测手段的匮乏严重制约了小管道两相流研究工作的进展,因此小管道气液两相流参数检测有着十分重要的意义。 本文采用高速摄像对小管道气液两相流流型辨识和空隙率的测量进行了研究工作,本学位论文的主要工作和创新点如下: 1.设计并搭建了一套基于高速摄像的小管道气水两相流参数检测系统。该系统主要由流体控制系统、高速图像采集系统和空隙率标定系统组成。可清晰地拍摄和采集小管道气水两相的流动图像,并可进行体积平均空隙率的标定工作。 2.提出了基于图像纹理特征序列的小管道气水两相流流型辨识方法。该方法提取了两相流图像的纹理特征序列,代替了提取单张两相流图像纹理特征的方法,有效地解决了单张图像难以反映两相流复杂多变的流体特性的问题。并对不同流型的四种纹理特征进行了分析与比较。最后将纹理特征序列的均值和方差作为支持向量机的输入进行了流型的辨识。在内径为4.0mm、2.8mm和1.8mm的水平小管道上进行了流型辨识对比实验,结果表明:本文提出的方法可以显著地提高流型辨识的准确度,流型辨识准确率在95%以上。 3.建立了基于高速摄像的小管道气水两相流空隙率测量模型。本文根据小管道气水两相流的特点,把所拍摄的两相流图像的二维截面推广到三维空间,采用积分思想建立了不同流型下的小管道气水两相流空隙率测量模型。在内径为2.8mm的水平小管道上进行了初步实验验证,在五种典型流型下测量相对误差小于10%。由此可见:本论文建立的小管道空隙率测量模型是有效的。


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