[發明專利]識別氣液界面位置的方法

有效

• 申請號: 201910612337.0
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110231068B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 李存標;陳鈞偉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01F23/00
• 分類號: G01F23/00;G01F23/22
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種識別氣液界面位置的方法。本發明的識別氣液界面位置的方法，首先分別在氣體和液體中分撒示蹤粒子，然后通過在氣液界面的兩側各自使用高速相機拍攝示蹤粒子圖像，然后識別出圖像中的初始時刻的界面位置，然后再對所有同時刻的圖像進行預處理，識別出隨后各幀圖像中的氣液界面位置，再對得到的氣液界面位置進行時間?空間平滑，從而得到了拍攝界面以上區域的相機所得到的圖像中的所有氣液界面位置，最后再得到拍攝拍攝界面以下區域的相機所得到的圖像中的氣液界面位置，可以在氣液界面兩側均有粒子存在的情況下準確識別氣液界面的位置，且識別準確度高，可以很好地適用于粒子圖像測速中的近壁測量。

技術領域

本發明涉及粒子圖像測速技術領域，特別地，涉及一種識別氣液界面位置的方法。

背景技術

粒子圖像測速(PIV)是流體力學實驗中經常使用的一種測量方法，它可以測量某個區域內流體瞬時的速度場，其原理是在流體中播撒隨流體微團一起運動的示蹤粒子，在短時間內拍攝兩張照片，由兩個時刻內示蹤粒子在照片上位置的變化可以計算出拍攝區域內各處流體微團的速度(這個速度為平面上的速度，即有兩個分量)。其中最主要的計算方法是將畫面分成若干小塊(查詢窗口)，計算較前時刻的小塊和較后時刻的小塊之間照片亮度的相關系數，相關系數峰值的位置表示流體相應查詢窗口附近流體微團的速度。粒子圖像測速有干擾小、可測量某區域同時刻所有位置速度等優點。

自粒子圖像測速大規模使用以來，近壁測量一直是其中的比較疑難的部分。壁面處的強烈反光，壁面附近速度梯度大、粒子密度低，壁面另一側缺少有效信息，以及壁面形狀不規則或形狀隨時間變化等因素都會增加測量難度，而界面位置又是進行近壁測量至關重要的信息。現有的粒子圖像測速方法在進行近壁測量時只能在測量界面一側的速度場的過程中識別氣液界面的位置，無法適用于界面兩側都有粒子存在的情況，且其界面位置識別不準確，測量結果準確度較差。

發明內容

本發明提供了一種識別氣液界面位置的方法，以解決現有的粒子圖像測速方法在進行近壁測量時只能在界面一側有示蹤粒子時識別氣液界面的位置，無法適用于界面兩側都有粒子存在的情況，且其界面位置識別不準確，測量結果準確度較差的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種識別氣液界面位置的方法，適用于氣液界面兩側均有示蹤粒子存在的情況，包括以下步驟：

步驟S1：分別在氣體和液體中播撒示蹤粒子，然后設置片光源進行照明；

步驟S2：在氣液界面的兩側各使用高速相機拍攝示蹤粒子圖像，并對位于界面兩側的相機各自進行標定；

步驟S3：識別拍攝界面以上區域的相機所得到的圖像中的初始時刻界面位置；

步驟S4：對拍攝界面以上區域的相機所得到的同時刻的圖像進行預處理；

步驟S5：識別隨后各幀圖像中的氣液界面位置；

步驟S6：對氣液界面位置進行時間-空間平滑操作以得到拍攝界面以上區域的相機所得到的圖像中的氣液界面位置；

步驟S7：根據拍攝界面以上區域的相機所得到的圖像中的氣液界面位置得到拍攝界面以下區域的相機所得到的圖像中的氣液界面位置。

進一步地，所述步驟S2中相機與水平面之間呈10°夾角傾斜設置。

進一步地，所述步驟S3具體包括以下步驟：

步驟S31：若氣體運動速度遠大于液體運動速度，每個像素的亮度取多張圖片中相應位置亮度的最小者；否則跳過本步驟；

步驟S32：對圖片進行灰度形態學開操作若干次；

步驟S33：設置亮度閾值識別液體中的粒子，得到二值圖像；

步驟S34：對二值圖像進行開操作若干次，再進行閉操作若干次；