[實用新型]氣液兩相泡狀流中氣泡的識別及測量裝置

有效

• 申請號: 201220174098.9
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN202599852U
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 李彥鵬;孟慶龍;劉艷艷;朱婷婷;田野
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01B11/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 林兵

技術領域

本實用新型屬于多相流領域，具體涉及一種氣液兩相泡狀流中氣泡的識別及測量裝置。

背景技術

氣液兩相泡狀流廣泛存在于能源、動力和化工等工程領域。這些系統中，氣體通常以氣泡的形式分散在液體中，在上升過程與周圍氣泡以及液流發生作用，從而影響系統的傳質、傳熱或反應特性。氣泡現象是氣液兩相泡狀流的典型代表。在許多工程和實驗中，氣液兩相泡狀流中氣泡的物性參數(如氣泡尺寸及數量分布等)是重要的工藝參數，氣泡識別效果好壞直接影響氣泡運動規律研究的精度。如在水處理方面，曝氣、氣浮及氣選等工藝的處理能耗和處理效率與氣泡物性和運動特性密切相關。因此，對氣泡尺寸及數量的定量測量，不僅是認識各種涉及氣泡的氣液兩相流動特性的重要前提，也為解決實際工程問題提供理論指導。

隨著氣液兩相泡狀流流動的深入研究，對氣泡測量手段提出了更高的要求。早期受測量技術的限制，對兩相流動主要采用接觸式測量方法，如快速關閉閥門法、電導法、射線衰減法、壓差法、微波法、光纖探針、電導探針法、多孔法以及漂移量分析法等。但這些方法測量的數據多為單點、時均量，不能測量整個流動斷面上的瞬時量，存在侵入干擾和測量氣泡尺寸受限等缺點，而且測量結果往往存在較大誤差。近年來，圖像處理作為現代信息處理技術，已被廣泛地應用到各種參數檢測中，其中高速攝像法是一種非接觸式瞬態、整場測量方法，可以直觀顯示氣泡的大小及其分布，以及氣泡的運動過程；而且，對流場內的氣泡運動沒有干擾。然而，目前的技術多局限于氣泡的離線測量，不能快速準確地對氣泡尺寸和分布進行測量，無法滿足自動控制系統的實時性要求。氣泡圖像處理的在線識別與測量技術不容樂觀。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在于，提供一種氣液兩相泡狀流中氣泡的識別和測量裝置，該裝置利用攝像機采集圖像，并利用計算機在線、快速準確地識別圖像中氣液兩相流中的氣泡，并得到氣泡物性參數。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術解決方案：

一種氣液兩相泡狀流中的氣泡識別及測量裝置，其特征在于，包括氣泡生成部分與圖像采集及處理部分；其中：

氣泡生成部分包括氣泵、轉子流量計、曝氣頭和測試容器，其中，氣泵通過膠管連接到曝氣頭的下端，膠管上安裝有轉子流量計；測試容器底部中心處開有圓孔，在該圓孔中塞入中空的膠皮塞，曝氣頭的上端從膠皮塞中的空腔穿過而進入測試容器內部。

圖像采集及處理部分包括計算機、圖像采集控制卡、攝影機、光源和漫反射板，其中，圖像采集控制卡安裝在計算機中，光源和攝影機位于測試容器的同一側面且兩者均正對測試容器，漫反射板置于測試容器的另一側且與測試容器的該側面平行；攝影機與計算機內的圖像采集控制卡相連接。

本實用新型還包括如下其他技術特征：

所述攝影機通過千兆以太網線與計算機內的圖像采集控制卡相連接。

所述氣泵采用蠕動氣泵。

所述曝氣頭采用有機玻璃管。

所述測試容器側壁上帶有刻度。

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，如有機玻璃容器。

所述攝影機采用CMOS高速攝影儀。

所述光源采用金鹵燈。

本實用新型的有益效果：可實現對兩相流中氣泡物性參數的準確測量，這對深入認識這種流動現象的物理本質，解決實際工程問題均有重要意義，而且可為工程設計人員研發高效機器視覺工業設備提供設計指導。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的工作流程圖。

圖3是氣泡大小等效圖。

圖4是應用本實用新型采集的氣泡圖像及圖像處理結果。其中，(a)采集的氣泡圖像；為(b)為圖像處理結果。

圖5為應用本實用新型的實施例中的氣泡團尺寸大小分布統計結果。

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進一步解釋說明。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的氣液兩相泡狀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；其中：