[發明專利]稠密兩相流顆粒速度和濃度空間分布的測量裝置

有效

• 申請號: 201110443119.2
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102494869A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張繼彬;陸勇;鐘文琪
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01P3/38;G01N15/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明提供一種用于稠密兩相流場中運動顆粒速度和濃度空間分布的測量裝置，特別適合于氣固噴動床中稠密相顆粒速度和濃度空間分布的測量，屬于多相流測量領域。

背景技術

兩相流的速度和濃度空間分布規律是分析兩相流中流體動力學規律的關鍵參數，是認識流化裝置中兩相流體間傳熱和傳質機理的前提，對于工業生產中流化裝置的設計和結構參數的優化具有重要的意義。

目前，已有多種測量兩相流場中顆粒速度和濃度的手段，傳統的測量手段有沖擊力法、等速采樣法、熱平衡法、光纖探頭法等，現代測量手段有激光多普勒測試儀（LDV）、粒子成像測速技術（PIV）、電容層析成像法等。傳統的兩相流測量手段測量精度低，測量結果的重復性和可靠性均不理想；現代測量方法以高空間、時間分辨率等優點被廣泛應用于兩相流測量領域中，但現存的測量方法只在稀相流測量中得到了成功的推廣，比如市面上已有PIV測速儀在銷售，而對于稠密相特別是稠密相流場內部顆粒速度和濃度空間分布規律的測量依舊沒有實現突破性的進展。由于受稠密兩相流測量技術的限制，對噴動流化床等流化裝置內部復雜的流動機理研究與認識很少，導致工業生產中流化設備放大運用過程中出現了障礙。因此，市場上急需一種能夠解決在稠密多相流中實現準確而全場測量的測量裝置和測量方法。

由于光學技術、高速攝影技術、數字圖像處理技術的迅速發展，以及計算機處理器速度和內存容量的快速提升，為光纖內窺鏡在高速圖像采集和處理中的應用提供了有利條件，國內外已經有這方面的應用，比如光纖內窺鏡在無損檢測中的應用、電子內窺鏡在醫學領域的應用等，目的就是要提供準確而又實用的獲取事物內部信息的手段。本發明正是在現存的應用需求和技術支撐的背景下，提供了一種切實可行的測量稠密兩相流場內運動顆粒的速度和濃度空間分布規律的測量裝置和測量方法。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種實用、準確、操作方便、性能穩定的稠密兩相流場內顆粒速度和濃度空間分布規律的測量裝置。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種稠密兩相流顆粒速度和濃度空間分布的測量裝置，該裝置包括圖像采集端和圖像處理單元：

圖像采集端用于拍攝流化裝置內顆粒的運動視頻，圖像采集端包括激光源、光纖內窺鏡、高速工業相機、圖像采集卡、計算機；激光源提供的片形激光束確定流化裝置中的測量區域；使用光纖內窺鏡作為光學鏡頭拍攝所確定的測量區域，光纖內窺鏡的鏡頭與激光束平面平行，其之間的距離保持在10mm，光纖內窺鏡的目鏡通過適配器和墊圈與高速工業相機配接；光纖內窺鏡、高速工業相機、圖像采集卡和計算機串聯組成顆粒運動視頻拍攝和保存裝置；?

圖像處理單元用于得到流化裝置內顆粒速度和濃度的值，再對固定時間內的顆粒運動過程進行統計分析，得出流化裝置內運動顆粒速度和濃度的空間分布規律。

優選的，光纖內窺鏡深入流化裝置拍攝顆粒運動過程，調節光纖內窺鏡鏡頭端在三維空間上下左右四個方向彎曲，實現多角度測量流化裝置中顆粒速度和濃度。

優選的，光纖內窺鏡的目鏡與高速工業相機通過適配器與墊圈配接，增加墊圈，內窺鏡成像縮小，減少墊圈，內窺鏡成像放大。

有益效果：?本發明提出的稠密兩相流場內顆粒速度和濃度空間分布規律的測量裝置具有如下的特色及優點：

1、突破了以往無法得到稠密兩相流場內部顆粒流動過程的障礙，可測得稠密兩相流場內部顆粒的速度和濃度空間分布規律；

2、不用添加示蹤顆粒，直接拍攝稠密兩相流裝置中的顆粒運動視頻；

3、光纖內窺鏡鏡頭能夠在三維空間內轉動，可在上下左右四個方向120°的視角范圍內測量流場內部的流動，實現了顆粒的全場測量。

附圖說明

圖1?稠密兩相場中顆粒速度和濃度空間分布規律測量裝置的原理示意圖；

流化裝置1，顆粒2，光纖內窺鏡3，高速工業相機4，數據傳輸線5，圖像采集卡6、計算機7，圖像處理單元8，激光源9，激光束10，光纖內窺鏡鏡頭端11，???????光纖內窺鏡測量口12，?旋鈕13，適配器14，墊圈15。

圖2?圖像處理軟件流程圖的主程序流程圖；

圖3?圖像處理軟件流程圖的點陣樣板圖像處理程序流程圖；

圖4?校正標定使用的點陣樣板。

具體實施方式

下面將參照附圖對本發明進行說明。