[发明专利]适用不同管径的液膜双轴向流动参数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于两相/多相流测量领域，特别涉及一种管道内(外)液膜双轴向流动参数测量方法。

背景技术

液膜广泛存在于石油、化工、能源、冶金、核工业等国民经济重要的工业生产过程、系统和装备中，是一种重要的流动形态。液膜关键流动参数，如液膜厚度、流速、波动状态等的测量，是深入研究液膜演化特性及流动机理的重要基础，对提高传热传质效率、优化生产过程、准确计量及提高能源利用等都具有非常重要的理论意义和实用价值。沿管道轴向的液膜流动状态可以反映出液膜时空流动特性，是测量的关键参数之一。

由于平面激光诱导荧光(PLIF)方法具有非侵入、瞬时、场测量的突出优势，近些年来逐渐成为国内外研究液膜的前沿和热点。典型的基于LIF的液膜参数测量方法，是在流场中溶解具有特定分子结构的荧光溶剂，片状激光经由管道垂直中心轴线照亮流场，采用单台高速摄像机垂直于激光平面拍摄，并通过计算机对液膜图像进行处理和分析。由于单台高速摄像机视场的限制，以及液膜测量空间分辨率的要求，该方法一般仅用于获取管道单侧的轴向液膜流动参数，对于液膜时空流动，尤其是非轴对称液膜而言，缺失了很多必要的流动信息。因此，实现液膜更多时空流动信息以及流动参数的获取与测量，成为液膜流动结构和演化特性研究中亟待解决的关键问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种液膜双轴向流动参数测量方法，以同时获取管道内(外)两侧轴向的液膜时空流动信息。该方法和装置适用于不同管径的液膜流动参数测量，并对大口径管道内(外)轴向液膜测量具有明显优势，为此，本发明采用的技术方案是，适用不同管径的液膜双轴向流动参数测量方法，步骤如下：

1)调整片状激光位置，使其对管道轴向方向进行照射，且激光平面通过圆形管道的垂直中心轴线，激发溶解有特定荧光溶剂的轴向液膜产生荧光；

2)高速摄像机光轴垂直于激光平面，并通过管道中心，根据测量需要调整高速摄像机与管道之间的距离；

3)设置两组以高速摄像机光轴为中心对称分布的反射镜组，且均与水平成45o，通过折光分光光路形成两台平行的左、右虚拟摄像机，分别垂直于管道两侧的轴向液膜进行拍摄，以避免投影和折射率不同所带来的畸变影响；

4)调整两侧反射镜组与高速摄像机光轴之间的距离d，以适应不同管径的测量需要，使管道内、外的双轴向液膜可以通过反射光路被高速摄像机完全拍摄下来；

5)对左、右虚拟摄像机摄取的双轴向液膜荧光图像进行处理，包括灰度化、差影、反色、阈值分割、形态学、光路校正，准确提取液膜流动参数，并对其时空流动结构和特性进行分析研究。

调节安装反射镜组与高速摄像机的传感器底座结构，改变反射镜组与高速摄像机位置，以适应不同管径测量。

本发明的特点及有益效果是：

本发明方法采用单台高速摄像机，结合激光诱导荧光(LIF)技术实现管道内(外)双轴向液膜流动参数的同时测量，与传统方法相比，不仅获取了更丰富的流动信息，而且可以垂直于激光照射平面拍摄，有效避免了侧向投影和折射率不同带来的畸变影响；同时，该方法和装置可以根据不同管道尺寸进行方便地调整，以适应不同管径管道内(外)液膜双轴向测量的需求，尤其对口径较大的管道而言具有明显的优势。

附图说明：

图1为基于单台高速摄像机的液膜双轴向流动参数测量原理图(以管道内液膜为例)。

图2为可测最小管径下镜组的位置关系和光路原理图。

图3为不同管径下液膜双轴向测量方法及装置调整示意图(以管道内液膜为例)。

图中，(a)不同管径的液膜测量方法，(b)装置结构调整示意。

具体实施方式

本方法适用于不同管径的管道内液膜双轴向流动参数测量，同样也适用于管道外液膜双轴向流动参数测量。

针对管道内(外)液膜双轴向流动参数测量，本发明采用单台高速摄像机，结合平面激光诱导荧光(PLIF)技术实现管道两侧轴向液膜的实时垂直拍摄与测量。利用两组与水平成45o的前表面反射镜组实现光路的折光分光，从而在高速摄像机的左右两侧形成两台虚拟摄像机，可以对摄像机前方管道内(外)的双侧轴向液膜进行垂直拍摄，以尽量减小折射率不同和投影带来的畸变影响；同时，可根据不同管径调整高速摄像机以及两侧反射镜组位置，以适应不同管径及测量工作距的需求，对大管径管道内(外)两侧轴向液膜的测量具有明显优势。

具体方法如下：