[发明专利]基于高速摄影的液池表面气泡破碎信息获取方法

说明书

本发明提出了一种基于高速摄影的液池表面气泡破碎信息获取方法，属于液相表面气泡破碎研究技术领域，包括气泡图像采集与气泡破碎图像处理两部分，所述的气泡破碎图像处理部分又包括气泡破碎图像阶段划分及不同阶段气泡破碎图像信息获取两部分。通过采用非侵入式的高速摄影，采集气泡破碎过程；并通过目的明确的图像系统处理方法自动高效可靠的获取到气泡破碎过程中的关键信息，如液面气泡尺寸、气泡破碎起始点位置、气泡破碎液膜卷曲速率、气泡破碎生成液滴数目、气泡破碎生成液滴尺寸等。通过该方法可以大幅提升气泡破碎时关键信息的自动化程度以及获取速率，最终在确保准确性的前提下实现效率的提升。

技术领域

本发明属于液相表面气泡破碎研究技术领域，具体涉及一种基于高速摄影的液池表面气泡破碎信息获取方法。

背景技术

严重事故后，在自然沉降或工程安全设施的作用下，安全壳内的气溶胶最终会滞留在液池中。然而由于衰变热作用或压力降低会造成液池环境中形成气泡，气泡在液相主体中生成、上浮，并最终在自由液面处发生破碎。该现象直接导致液池中的液体以液滴的形式进入到气相空间，类似的液滴夹带现象也会出现在事故后安全壳过滤排放系统的水洗池中。而当气泡破碎产生的液滴中含有放射性气溶胶时，将直接造成放射性气溶胶的释放，目前针对气泡破碎产生的液滴夹带机理与特性仍不甚明确，对于液面处单气泡破碎相关特性研究仍缺少试验数据支撑。其中气泡破碎生成液滴分布、液膜卷曲速率等关键信息并不明确，所以仍需要获取大量有效试验数据为相关研究提供数据支撑。而相应的气泡破碎关键信息的获取方法并未成体系，多依赖人工手动进行采集。

目前对气泡破碎特性相关研究主要通过侵入式采集研究方法与非侵入式研究方法，其中侵入式方法的主要途径为首先将气泡破碎时产生的液滴进行物理采集，然后对采集所捕捉到的液滴进行关键信息提取。在进行液滴采集时，主要有通过液滴撞击氧化镁板形成凹坑、染色液滴撞击宣纸留下印痕的方法，采集后分别对镁板上的凹坑、印痕的宣纸进行扫描，获得液滴在采集介质上留下的痕迹，然后由痕迹图像进行推测获得液滴尺寸。国外研究人员在THAI试验台中采用风机将液滴吹离液面进行采集，然后将液滴送入到专用粒度仪中进行识别测量。以上这些方法的优点在于可以通过采集到的液滴获得直观的液滴尺寸分布，而与之对应的缺点则是在液滴的采集过程中可能会造成液滴缺失以及失真情况，采集过程中液滴之间可能会存在相互碰撞与再次分割，导致所采集的液滴与气泡破碎产生的液滴形态产生差异，而直接对所采集到的液滴进行扫描以及识别过程则会引入二次误差，导致液滴相关信息提取误差过大并不准确。另外侵入式采集方法主要关注于气泡破碎后液滴的分布情况，无法获得气泡破碎过程，无法从机理角度构建液滴分布联系。

非侵入式采集方法的主要途径则是通过光学方法在不引入外界干扰的情况下对气泡破碎过程直接进行图像信息获取。其具体形式主要有利用光学阵列探针设备(OAP)进行液滴测量与利用高速摄影直接拍摄气泡破碎过程。其中使用光学阵列探针时，设备中探针的排列方式使得其测量区域被局限，因此只能用于液面均匀多气泡情况下的夹带液滴测量，最终得到某一气流量下的液滴统计量。采用高速摄影方法对气泡破碎过程进行拍摄则可以获得单气泡完整破碎过程，且在试验数据采集时对单气泡的破碎过程不造成影响。因此采用高速摄影方法对单气泡破碎进行研究逐渐成为该研究的主流方法。但在利用高速摄影对气泡破碎过程图像获取时，由于液面存在表面张力，因此在液池表面与壁面处会形成凹型液膜结构，在水平拍摄时壁面处凹型结构在拍摄视窗中则会形成遮挡，导致液面上方气泡破碎信息并不能完全被获取，而如果采用倾角俯拍获得的气泡形状存在图像发生变形问题，并且由于水箱与液面接触处在可视化图像中难以对焦，则在图像中体现为虚化模糊的黑色区域，从而影响图像清晰度。而且目前缺少针对从高速摄影拍摄获得的气泡破碎过程视频图像中提取有效关键信息的后处理方法与步骤，导致在数据提取时仍然依靠人工手动获取。而气泡破碎关键信息主要关注液面气泡形成后的破碎过程。因此需要对气泡破碎视频进行图像处理并获得其关键信息，而目前尚缺少系统方法。为解决上述不足，发明一种基于高速摄影的液池表面气泡破碎过程关键信息获取方法。

发明内容