[发明专利]同步获取气固两相流速度场的方法和装置

说明书

本申请提供一种同步获取气固两相流速度场的方法和装置，该方法包括：获取对待测流场区域拍摄的多组跨帧图像对；每组跨帧图像对包括对待测流场区域连续拍摄得到的两帧图像；对于每组跨帧图像对，去除跨帧图像对包括的各帧图像中的固相粒子的拖尾，得到去拖尾后的跨帧图像对；对去拖尾后的跨帧图像对进行分相，得到滤除气相示踪粒子的固相跨帧图像对和滤除固相粒子的气相跨帧图像对；根据固相跨帧图像对，获取跨帧图像对对应的固相速度场；根据气相跨帧图像对，获取跨帧图像对对应的气相速度场。本申请通过去除跨帧图像对中的固相粒子的拖尾，提高了获取的固相速度场和气相速度场的准确度。

技术领域

本申请实施例涉及流体力学技术，尤其涉及一种同步获取气固两相流速度场的方法和装置。

背景技术

气固两相湍流一直是流体力学的研究重点之一，但由于存在连续的气相和离散的固相之间的相互干扰，两相流的实验测量(如分别测量气相和固相的运动速度，以及测量离散相的浓度、粒径等)一直存在较大的困难。

为了同时测得两相流中各相的速度场以便分析两者的统计特性和相互作用，研究人员尝试使用粒子成像和追踪技术来实现测量。粒子图像测速(Particle ImageVelocimetry，简称PIV)是一种现代图像测速技术，通过追踪流场中的气相示踪粒子在前后两次曝光获得的一组粒子图像(以下简称跨帧图像对)上粒子群的相对偏移来实现气相流场速度的测量；粒子追踪测速(Particle Tracking Velocimetry，简称PTV)是另一种图像测速技术，它主要用于离散相粒子或粒子浓度较稀的流相速度场计算。

图1为本申请提供的固相粒子拖尾示意图。在进行两相流测量时，同一流场中存在两种粒子，且固相粒子的尺寸和气相示踪粒子的尺寸相差较大。为了保证气相示踪粒子和固相粒子在粒子图像中都能被良好成像，需要有足够的光通量，此时固相粒子一般会具有很高的亮度，如果用具有电荷耦合元件(Charge-Coupled Device，简称CCD)芯片的数字相机进行粒子图像记录，会造成CCD的相应传感器单元的信号电荷数密度很大、出现电荷转移损失，进而导致粒子图像上固相粒子光斑处出现全饱和单侧拖尾，如图1所示，且拖尾部分灰度全部溢出。拖尾的出现使得在使用PTV计算离散相或固相速度场时，对固相粒子中心的识别不准确，进而得到的固相速度场准确度不高；另外拖尾部分还会影响连续相或气相速度场的获取，使得获取的气相速度场的准确度不高。

发明内容

本申请提供一种同步获取气固两相流速度场的方法和装置，提高了获取的连续相和分散相各自的速度场的准确度。

第一方面，本申请提供一种同步获取气固两相流速度场的方法，包括：

获取对待测流场区域拍摄的多组跨帧图像对；每组所述跨帧图像对包括对待测流场区域连续拍摄得到的两帧图像；

对于每组跨帧图像对，去除跨帧图像对包括的各帧图像中的固相粒子的拖尾，得到去拖尾后的跨帧图像对；

采用滤波算法，对所述去拖尾后的跨帧图像对进行分相，得到滤除气相示踪粒子的固相跨帧图像对和滤除固相粒子的气相跨帧图像对；

根据所述固相跨帧图像对，获取跨帧图像对对应的固相速度场；根据所述气相跨帧图像对，获取跨帧图像对对应的气相速度场。

如上所述的方法，在去除跨帧图像对包括的各帧图像中的固相粒子的拖尾，得到去拖尾后的跨帧图像对之前，所述方法还包括：

对跨帧图像对包括的各帧图像进行减背景处理，得到减背景后的跨帧图像对；

则去除跨帧图像对包括的各帧图像中的固相粒子的拖尾，得到去拖尾后的跨帧图像对，包括：

去除减背景后的跨帧图像对包括的各帧图像中的固相粒子的拖尾，得到去拖尾后的跨帧图像对。