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掺气水流气泡特征及图像处理方法研究

刚立  
【摘要】:国民经济的高速发展要求兴建一大批大型的水电工程来满足能源需要,而大型水电工程中掺气水流是一普遍存在并且需要深入研究的问题。 本文借助针式掺气浓度流速仪对陡槽中的掺气水流进行了测量,研究了掺气水流的流速、掺气浓度及气泡的分布规律。研究结果表明: 掺气水流沿程发展过程中有一个高度的掺气浓度始终保持不变,大致位于掺气浓度C=40%处;在部分发展区的断面强迫掺气与自掺气的流速分布比较接近,而随着掺气过程的发展,三者间的差别开始拉大而呈现出强迫掺气比自掺气情形流速高,强迫掺气中掺气挑坎情形较掺气槽情形流速为高;经过无量纲化后流速的分布显示出很高的相似性。 对于同一断面,靠近槽底的测点气泡个数分布最大值出现在气泡尺寸小于1mm的范围内,朝水面方向各测点气泡个数分布最大值呈减小趋势,而其对应尺寸则呈现变大趋势;在靠近槽底,个数分布表现得比较集中,而在水面附近气泡个数分布曲线表现得低而平缓;实验条件下,整个断面上的气泡个数分布的最大值大体上出现在尺寸为0.5mm的地方;气泡平均尺寸在槽底处接近于0而朝水面方向迅速增大,且越接近掺气水流的水面,增加速度越快,最终趋于无穷大;气泡总数在掺气发展区内是沿程增加的,当掺气水流发展到一定程度后气泡总数就基本保持不变了;在同一断面上,各测点单位时间内的气泡总数随高度呈现出先增加后减小的趋势。 同时,对图像处理技术在气泡特征研究中的应用做了探讨。在Ostu最大类间方差法的基础上提出了改进方法,开发了人机交互的局部分割与拼合系 WP=3 统及多文件的处理系统。在对图像的处理中引入了前处理与后处理过程及信息统计技术,取得了含气浓度及每个气泡的直径,形状、体积的完整信息;配合气泡的速度求出了通气量。


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