[发明专利]一种微米毛细管中液液两相驱替图像的接触角获取方法

说明书

一种微米毛细管中液液两相驱替图像的接触角获取方法，采用三次多项式拟合相界面并计算接触角，该发明可以适应不对称相界面，更适合用于实际实验中获得的测量图像；该发明基于图像局部灰度极值的方式，实现了微管道中液液驱替的低对比图像的相界面，进而得到接触角。本发明基于图像局部灰度极值的方式，实现了微管道中液液驱替的低对比图像的相界面、壁面和接触点的识别，本发明容错率高，可以适应存在噪声的图像，可以正确、高效识别出相界面、壁面和接触点，以上信息可用于正确测量接触角。该方法可适应不对称相界面的拟合，算法鲁棒性强，极大提高了数据处理的效率及测量精度。

技术领域

本发明涉及一种微米毛细管中液液两相驱替图像的接触角获取方法，适用于微尺度两相流动研究领域、石油强化开采领域的实验。

背景技术

单个微米尺度的毛细管中的两种不相融液体的驱替机理是自然环境多孔介质内的两相驱替的基础，多孔介质中的两相驱替发生在众多的工业或自然过程中，比如致密油藏的水驱油、聚合物驱油等过程，上述的工业过程的特点是粘性力微弱(毛管数的范围10^-10<Ca<10^-5)，重力微弱(邦德数Bo小于10^-4)。这两个无量纲数的定义为Ca＝μV/γ，μ为液体粘度，V是相界面速度，γ是界面张力；Bo＝ρgh²/γ，ρ是液体密度，g为重力加速度，h是流动区域的特征尺寸。影响驱替过程的关键因素为毛管力，而计算毛管力的关键参数是两相界面与管道壁面的接触角。毛管力的计算按照Young-Laplace公式计算，如式(1)所示。接触角θ的实际范围为0～180°，当θ<90°时P_c为正值，当θ>90°时，P_c为负值，因此毛管力有可能是阻碍驱替的阻力也可能是推进驱替的动力。不仅如此，接触角评估的错误将会使毛管力计算存在严重的误差，从而导致驱替过程的评估失误。因此，获取上述工业条件下的动态接触角信息对于评估整个多孔介质内液液驱替过程至关重要。

在微尺度毛细管中进行两相不相融液体的驱替实验是研究动态接触角的常用方法。已有的实验往往对相界面的显微图像进行人工分析，手动测量接触角。而已有的商业设备采用的图像处理方法也仅限与分析在固体表面的液滴形状(座滴法测量接触角)，液滴形状的图像分析算法包括对称形状分析方法(ADSA-P)、高宽比法、椭圆拟合法等。但是以上算法是针对平面上液滴的形状检测提出的，适用于对比度高的图像，不适用于微管道内液液驱替时低对比度的相界面形状。要测量出微管道内液液驱替相界面的接触角，需要从图像中识别出相界面。

发明内容

本发明的目的是提供一种微米毛细管中液液两相驱替图像的接触角获取方法，该方法能够从图像中识别出壁面、相界面和接触点，同时测量出接触角，接触点位置。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种微米毛细管中液液两相驱替图像的接触角获取方法，将获得的显微图像进行坐标划分，设图像的像素尺寸宽为L_x和长L_y；然后进行以下步骤：

步骤一，首先通过多极值搜索技术沿着y方向搜索两个壁面最左端的两个点A和B，得到坐标分别为(0,y_A)和(0,y_B)；

步骤二，沿着A-B连线中点的E(0,y_E)的水平方向y＝x_E搜索单个局部最小值，获得相界面上某点F，坐标点为(x_F,y_F)；