[發(fā)明專利]一種運動條件下氣泡動力學參數確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110009953.4
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112665822B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 王明軍;王瑩杰;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G06T7/246;G06T7/11;G06T7/13;G06T5/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發(fā)明公開了一種運動條件下氣泡動力學參數確定方法，步驟如下：1、采集六自由度運動條件下氣泡動力學特性研究試驗中氣泡運動過程氣泡行為圖像信息；2、對步驟1中圖像信息進行處理；3、基于步驟2中圖像信息的處理結果，建立氣泡上升速度的關系式；4、基于前三步，分析氣泡速度、氣泡表面的作用力及氣泡形狀機理模型，建立Re?Eo數的關系式，得到運動條件下氣泡速度、形狀及尺寸的內部聯(lián)系；5、繪制運動條件下氣泡速度?尺寸?形狀查詢圖。本發(fā)明可以為核動力系統(tǒng)運動條件下，氣泡速度?尺寸?形狀預測提供理論基礎。

技術領域

本發(fā)明屬于方法發(fā)明技術領域，具體涉及一種運動條件下氣泡動力學參數確定方法。

背景技術

海洋核動力系統(tǒng)長期在海洋環(huán)境中工作，會受到海洋中風浪的作用，產生傾斜、搖擺、起伏等六個自由度的運動，自然循環(huán)系統(tǒng)由于驅動壓頭較小，并且受冷熱源高度差影響較大，在運動條件下熱工參數會與平臺運動形態(tài)形成非線性耦合關系，與靜止條件下有著很大不同，尤其是當自然循環(huán)出現(xiàn)兩相時，海洋運動-空泡份額-驅動力及系統(tǒng)流量之間會形成復雜的耦合關系，自然循環(huán)系統(tǒng)更容易發(fā)生流動不穩(wěn)定性，這會給海洋核動力裝置的安全運行產生不利影響。當自然循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生過冷沸騰時，由于加熱段氣泡的產生，會對系統(tǒng)自然循環(huán)能力產生極為重要的影響，因此開展氣泡動力學特性研究，分析氣泡的運動行為對于揭示兩相自然循環(huán)流動的內部機理具有重要意義。由于自然循環(huán)過冷沸騰氣泡行為特性是非常復雜的過程，直接研究難度較大。因此，一些學者提出可以將氣泡分離出來，關注單個氣泡的運動特性，這種方法可以簡單有效的揭示氣泡運動的內部機理。可視化實驗方法是一種研究氣泡動力學特性的有效方法，可視化實驗的方法獲得氣泡上升過程的行為特性，需要通過一定信息處理及參數確定方法，才可對氣泡運動過程進行定量的分析，為研究氣泡動力學特性提供有效參考。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種運動條件下氣泡動力學參數確定方法，該方法基于運動條件下運動系統(tǒng)可視化實驗中氣泡運動過程可視化實驗，通過圖像處理、合理假設和理論推導，實現(xiàn)了實驗中氣泡動力學特性的參數確定過程，為核動力系統(tǒng)運動條件下，氣泡速度-尺寸-形狀預測提供理論基礎。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種運動條件下氣泡動力學參數確定方法，包括如下步驟：

步驟1：運用高速攝像系統(tǒng)采集六自由度運動條件下氣泡動力學特性研究試驗中氣泡運動過程氣泡行為圖像信息；

步驟2：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus對步驟1中圖像信息進行處理，具體步驟如下：

步驟2-1：基于六自由度運動條件下氣泡動力學特性研究試驗裝置中實驗段上所固定的LED面板表面上的半透明坐標紙，確定氣泡的測量長度和實際長度之間的比例關系；

步驟2-2：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus，對采集的圖像進行增強處理，提高圖像的亮度即對比度；

步驟2-3：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus，根據圖像特性設置閾值，并基于閾值對圖像進行二值化處理，其中氣泡區(qū)域為白色，流場區(qū)域為黑色；

步驟2-4：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus，采用形態(tài)濾波的方法填補氣泡間縫隙，將相鄰的氣泡區(qū)域進行連接；

步驟2-5：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus，利用邊界捕捉提取每個氣泡的邊界，并對氣泡進行標記；

步驟2-6：通過圖像處理軟件Image-Pro Plus批量處理圖像信息功能實現(xiàn)氣泡運動過程中軌跡的追蹤及特征參數提取；

步驟3：基于步驟2中圖像信息的處理結果，建立氣泡上升速度的關系式，具體步驟如下：

步驟3-1：以六自由度運動條件下氣泡動力學特性研究試驗中的實驗段為基準建立非慣性參考系，建立表面張力及浮生力對氣泡運動的作用效果表達式：