[發明專利]一種稀疏兩相流中顆粒局部結構的測量方法

有效

• 申請號: 202010132167.9
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111307669B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 孔平;王蓬;李然
• 申請（專利權）人: 上海健康醫學院
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/84;G06V10/44;G06V10/56;G06K9/62;G06T7/00;G06T7/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種稀疏兩相流中顆粒局部結構的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取流化顆粒圖像，并對流化顆粒圖像進行背景去噪和二值化處理，得到處理后的流化顆粒圖像；

S2、對處理后的流化顆粒圖像進行特征提取和篩選，以得到流化顆粒圖像中每一個顆粒上白色光點的像素值；

S3、根據每一個顆粒上白色光點的像素值，對每一個顆粒進行定位，確定每一個顆粒在直角坐標系下的坐標值，并記錄顆粒定位順序，其中，直角坐標系的原點為流化顆粒圖像的左下角；

S4、根據每一個顆粒在直角坐標系下的坐標值，構建對應的顆粒系統的Voronoi圖，并以此計算每一個顆粒的局部體積分數；

S5、構建接觸模型，其中，接觸模型包括與鍵取向序參數對應的七個拓撲結構，即有鍵取向序參數為Q₀～Q₆；

S6、確定每一個顆粒的鍵取向序參數Q_n，結合接觸模型，以對每一個顆粒進行局部結構匹配及顏色表征，同時計算每一個顆粒的方位角、建立顆粒局部結構變化曲線，即完成對流化顆粒局部結構的測量；

所述步驟S6具體包括以下步驟：

S61、按照步驟S3的顆粒定位順序，依次對每一個顆粒劃分最小局部結構體積元，以計算每一個顆粒與其鄰近顆粒之間的距離，確定顆粒系統中的每一個顆粒與鄰近顆粒接觸的個數n，即得到每一個顆粒的鍵取向序參數Q_n；

S62、依次將每一個顆粒的鍵取向序參數Q_n分別與接觸模型的七個拓撲結構進行匹配，并進行顏色表征，在進行匹配時，具體過程為：首先對應于鍵取向序參數Q_n的值，構建局部體積分數的七個區間；之后判斷每一個顆粒的鍵取向序參數Q_n所對應的局部體積分數是否位于對應的區間內，若位于對應的區間，則匹配準確，否則匹配不準確，需返回步驟S61，以進行再次測量與匹配；

S63、計算所測量的每一個顆粒與其鄰近顆粒之間的夾角，即該顆粒拓撲結構中鄰近顆粒的方位角；

S64、實時統計鍵取向序參數為Q₆的顆粒個數，通過曲線擬合鍵取向序參數為Q₆的顆粒個數與時間的關系，得到顆粒局部結構變化曲線。

2.根據權利要求1所述的一種稀疏兩相流中顆粒局部結構的測量方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31、將每一個顆粒上白色光點進行連通域標識，以識別每一個顆粒；

S32、選取流化顆粒圖像的左下角為坐標原點，以建立直角坐標系；

S33、根據連通域標識順序，依次對每一個顆粒進行定位，即得到每一個顆粒在直角坐標系下的坐標值，并記錄顆粒定位順序。

3.根據權利要求1所述的一種稀疏兩相流中顆粒局部結構的測量方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括以下步驟：

S41、根據每一個顆粒在直角坐標系下的坐標值，基于Delaunay三角剖分算法，得到空間離散點，以生成對偶元Delaunay三角網；

S42、確定Delaunay三角網中每個三角形的外接圓圓心，通過連接相鄰三角形的外接圓圓心，形成以每個三角形頂點為生成元的多邊形網，即為顆粒系統的Voronoi圖，其中，Voronoi圖中每個多邊形對應于一個顆粒；

S43、基于凸多邊形的性質，得到Voronoi圖中每個多邊形的面積，以計算每一個顆粒的局部體積分數。

4.根據權利要求3所述的一種稀疏兩相流中顆粒局部結構的測量方法，其特征在于，所述局部體積分數具體為：

其中，F_i為顆粒i的局部體積分數，d為顆粒i的直徑，A_i為顆粒i對應多邊形的面積。