[发明专利]基于图像识别方法的纤维与液滴受力测量装置与方法

权利要求书

1.一种基于图像识别方法的纤维与液滴受力测量方法，所述方法利用基于图像识别方法的纤维与液滴受力测量装置进行纤维与液滴受力测量，所述装置包括空气压缩机(1)、第一限压阀(2)、电磁阀(3)、第二限压阀(4)、第一高速摄像机(5)、计算机(6)、空气过滤器(7)、稳流管(8)、第二高速摄像机(9)、液滴(10)、尼龙纤维(11)、支撑板(12)和光源(13)，所述空气压缩机(1)通过管子和第一限压阀(2)相连，电磁阀(3)放置在连接第一限压阀(2)和空气过滤器(7)的管子上，稳流管(8)连接空气过滤器(7)，第二限压阀(4)连接稳流管(8)，尼龙纤维(11)依靠支撑板(12)固定在稳流管(8)的出风口处；第一高速摄像机(5)、第二高速摄像机(9)与计算机(6)相连，液滴(10)位于稳流管(8)的出风口处的尼龙纤维(11)上，光源(13)位于液滴(10)下面，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：调好第一限压阀(2)和第二限压阀(4)的值后打开空气压缩机(1)释放气体，然后打开电磁阀(3)，让压缩后的气体流入实验管道；

步骤2：通过第一高速摄像机(5)和第二高速摄像机(9)拍摄液滴(10)在层流作用下的变形情况并记录在计算机(6)中；

步骤3：最后将第一高速摄像机(5)和第二高速摄像机(9)拍到的图片以及实验数据放置到编好程序的MATLAB中进行分析处理，即可拟合得到液滴的轮廓、识别出液滴的中心点、计算得到液滴的半径，从而对受横向气流力的液滴进行受力分析；

所述对受横向气流力的液滴进行受力分析的步骤如下：

液滴与纤维中心之间的接触点为O₁，液滴在静态稳定情况下的中心为O₂，液滴横向气流的影响下动态振荡的中心为O₃，液滴中心竖直方向偏移距离为Δz_drop，水平方向偏移距离为Δy_drop，利用三角函数，结合液滴中心在y方向上的偏移距离Δy_drop和椭球液滴的长轴半径R_drop-z，可以得到液滴在纤维上的旋转角α

通过等高线拟合得到的液滴的轮廓且分析出液滴的直径，由椭球液滴半径在笛卡尔坐标系的三个轴方向上的值R_drop-x、R_drop-y和R_drop-z计算得出液滴的质量：

在动力学条件下，结合液滴的半径，得到液滴与纤维轴的转动惯量：

对纤维与液滴接触点取矩，得到力矩平衡方程：

其中:

F_air是横向气流对液滴的拖曳力，N；

是液滴作用于液滴与纤维接触点的振荡力矩，kg·m²/s；

是液滴与纤维旋转角度的角加速度,rad/s²；

根据液滴在受横向气流下所受的四种作用力，建立动量矩平衡方程：

R_drop-x、R_drop-y、R_drop-z、O₁、O₂、O₃通过图像识别方法获得。