[实用新型]管道内气液两相流的图像法测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种管道内气液两相流测量装置，特别涉及一种基于单帧单曝光图像法获取管道内气液两相流中液滴颗粒粒径大小及分布，液滴速度及分布、液滴浓度和流量以及液膜厚度等信息的装置。

背景技术

管内气液两相流是两相流中一种十分重要的流动形式，广泛存在于能源、动力、油气、化工等领域，其截面相含率等参数检测对于了解两相流规律、资源合理开发利用、安全生产及工业过程控制都具有非常重要的意义。已有的测量方法包括分离测量法、阻抗法、消光法等，或者对流动造成一定干扰，或者受流态、温度、杂质的影响较大，且不能同时获得多种参数。近年来随着数字相机和计算机技术的发展，采用数字相机拍摄两相流动过程以获取相关信息的两相流图像测量仪已得到逐步发展，但如高速摄影法通常仅用于流型的判定，尚不能获取包括液滴颗粒粒径大小及分布，液滴速度及分布、液滴浓度和流量以及液膜厚度等参数在内的详细信息。

发明内容

本实用新型的目的是要发展一种基于单帧单曝光图像法获取管道内气液两相流中液滴颗粒粒径大小及分布，液滴速度及分布、液滴浓度和流量以及液膜厚度等信息的装置及方法，具有装置简单、操作简便、成本低廉的优点。

本实用新型的基本原理：对于液滴参数的测量，采用单帧单曝光方法，适当延长相机曝光时间，在此时间内颗粒的运动会形成模糊的运动轨迹图像，由于液滴可近似为球形颗粒，该运动轨迹图像的短轴和长轴则分别包含了颗粒的粒径和速度信息；该方法避免了采用昂贵的高能量脉冲激光器“冻结”颗粒以获取颗粒粒径，和采用双脉冲激光器配以高速摄像机通过互相关处理获得颗粒速度，只用普通光源和工业相机则可满足同时测量粒径和速度信息的要求。对通过管道某横截面液滴的粒径及相应速度进行统计，可获得该统计时间段内液滴的平均浓度和流量。对于管道壁面上液膜厚度的测量，采用激光器发射的激光束从透明管外照射液膜，激光会在液膜表面产生折射，形成高亮度的液膜界面，通过液膜在工业相机上成像可确定液面的位置，即液膜厚度。

基于上述的发明原理，本实用新型的技术方案是：一种管道内气液两相流的图像法测量装置，其特点是，装置包括照明光源、激光光源、远心镜头、图像传感器和计算机，所述照明光源通过透明管道或视窗照明管道内的待测颗粒，所述激光光源通过透明管道或视窗照明液膜液面，所述远心镜头和所述图像传感器相连接，所述图像传感器拍摄获得的颗粒和液膜图片由所述计算机采集。

所述照明光源采用卤素光源、氙灯光源或半导体光源；所述激光光源采用可见光激光器；所述远心境头选用变焦或非变焦远心镜头；所述图像传感器选用CCD或CMOS器件。

本实用新型的有益效果是用一种直观、简单、非侵入式的图像法测量系统，即可以同时获取管道内气液两相流中液滴颗粒粒径大小及分布，液滴速度及分布，还可以获得液滴浓度和流量以及液膜厚度等信息，且整个过程不采用复杂的互相关算法或反演模型，提高了测量系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1示意图；

图2为本实用新型实施例2示意图。

具体实施方式

一种基于单帧单曝光图像法管内气液两相流测量装置的实施例1，如图1所示，其特点是，装置包括照明光源1、激光光源3、远心镜头4、图像传感器5和计算机6，所述照明光源1通过透明管道2或视窗7照明待测颗粒，所述激光光源3通过透明管道2或视窗7照明管道壁面上液膜液面，所述远心镜头4和所述图像传感器5相连接，所述图像传感器5拍摄获得的颗粒和液膜图片由所述计算机6采集。

一种基于上述单帧单曝光图像法的管内气液两相流测量方法的步骤为：

1．测量前首先对测量装置进行标定；以透明标定物如微标尺或其它已知几何尺寸a的物体作为测量对象，将其置于远心镜头4的工作距离处，采用图像传感器5采集该标定物体的图像并输入计算机6，计算该标定物体成像中对应几何尺寸a的像素个数n₁，通过公式p=a/n₁，获取测量系统实验工况下图像传感器5单位像素所代表的实际尺寸p；

2．连接远心镜头4与图像传感器5以及计算机6，以管内液滴为拍摄对象，将所拍摄区域的中间截面置于远心镜头4的工作距离处，使所拍摄区域的液滴在图像传感器5上成像；

3．采用照明光源1以透射或反射方式照明待测流场，可调节照明光源1与待测区域的距离和角度使光线从不同方位照亮待测区域，可改变电压大小以调节光源的强度，使背景光均匀；