[發明專利]一種氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法

有效

• 申請號: 201910203456.0
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109902760B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 石孝剛;藍興英;張夢軒;吳迎亞;高金森;姜源;王敏
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本發明公開了一種氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法，包括以下步驟：1)獲取某一時刻氣固鼓泡床內的一截面上各點的坐標(x,y)以及固含率的值，構成規模為n的數據總集D_t：2)從步驟1)中獲得的數據總集中篩選出氣泡數據點集；3)計算氣泡數據點集中每兩個氣泡數據點間的歐式距離，得到總歐式距離矩陣；4)定義最小搜索鄰域δ；5)進行單個氣泡的識別；6)標記已識別的氣泡；7)重復進行步驟5)～6)，直至遍歷總歐式距離矩陣中的全部元素，完成整個氣固鼓泡床空間內全部氣泡的識別。

技術領域

本發明涉及一種氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法，特別涉及一種基于距離約束算法的氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法，屬于化工領域。

背景技術

研究表明，氣泡是氣固鼓泡床內流動特性中最顯著的特征，其中氣泡相為非連續相，與連續的顆粒相相互接觸進行傳質傳熱。在床層中，氣泡在分布板上或稍高一點的位置處形成，并沿床層上升，但是由于床層中壓力變化等原因，氣泡在上升的過程中不斷聚并，并逐漸加速上升，這些較大尺寸的氣泡的存在造成了顆粒返混、顆粒夾帶以及氣固接觸不均勻，對化學反應產生不利的影響。減小鼓泡流化床內氣泡尺寸則是提高流化質量，強化氣固接觸的有效手段。在氣固鼓泡床中，正是由于氣泡的生成、聚并及破碎的復雜運動行為，提高了氣固的接觸效率，提供了良好的傳質和傳熱條件。

使用二維鼓泡床裝置進行實驗可以清楚的觀察到鼓泡床內的流動情況，如氣泡的生成、聚并及破碎的過程，以及對氣泡的形態和分布有著清晰的認識和了解，并且可以比較不同尺寸的氣泡的上升速度，為后續的定量化研究氣泡的尺寸和數量起到很大的推動作用。而研究者們也常常使用二維建模的方法來對鼓泡床內的氣泡特性進行研究，因為與三維模型相比，二維模型所需的計算時間較短，節省資源，同時也能準確揭示鼓泡床內的流動情況，并且可以基于二維鼓泡床實驗中觀察到的現象定量化考察氣泡的尺寸及數量。

氣固鼓泡床中氣泡的結構、尺寸、速度等參數，以及氣泡形態變化，如生成、聚并、分裂等均對氣固鼓泡床內部的顆粒混合、氣體傳熱、傳質等傳遞特性有著決定性的影響。其中氣泡數量與尺寸分布是非常重要的參數，目前針對二維鼓泡床的研究主要有實驗、模擬兩種方法。實驗方面學者普遍通過建立冷模二維鼓泡床實驗裝置，采用侵入式測量方法(電阻探針、電感探針、阻抗探針、光纖探針、熱探針等)、非侵入式測量方法(高速攝像、X-射線、激光、壓力脈動等)等對氣泡的形態特性進行研究，但是由于傳感器對鼓泡床內氣固流動有一定的干擾，而非接觸法的成本較高，實施起來并不容易。模擬方面學者普遍采用圖像處理方法對鼓泡床內氣泡的形態特性進行分析，例如灰度法等。

然而實驗體系對氣泡形態的研究成本較高，且操作條件主要是使用低氣速和低氣量狀態下的實驗條件，這種實驗條件下整個床內的氣泡數目極少，形態清晰，方法易于實現。模擬體系傳統圖像處理方法的主要思路為事先生成固含率分布圖，再基于圖像識別二值化等方法獲得氣泡邊界，這種方法依賴于過程方法的參數值設置，如灰度閾值、均值濾波能量、圖像腐蝕度等，魯棒性較差。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于距離約束算法的氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法，實現氣固鼓泡床內氣泡的二維識別，并得到氣泡的數量、尺寸分布信息。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，一種氣固鼓泡床內二維氣泡識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)獲取某一時刻氣固鼓泡床內的一截面上各點的坐標(x,y)以及固含率的值，構成規模為n的數據總集D_t：

2)從步驟1)中獲得的數據總集中篩選出氣泡數據點集；

3)計算氣泡數據點集中每兩個氣泡數據點間的歐式距離，得到總歐式距離矩陣；

4)定義最小搜索鄰域δ；