[发明专利]液膜轴向流动参数双视角测量方法

说明书

本发明属于两相/多相流测量领域，为结合激光诱导荧光技术，实现环状流液膜双视角流动信息的实时、同步获取，以满足不同情况下液膜丰富时空流动特征的测量、分析与研究需要。本发明，液膜轴向流动参数双视角测量方法，步骤是：1)调整片状激光；2)高速摄像机垂直于激光平面，并尽量使其光轴对准管道中心，在高速摄像机前放置两组对称光轴分布的反射镜组，其折光分光光路会形成两台互成角度的虚拟摄像机，以一定交汇角分别从两侧拍摄轴向液膜的双视角图像；3)对左、右虚拟摄像机摄取的轴向液膜双视角荧光图像进行处理。本发明主要应用于两相/多相流测量。

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)液膜轴向流动参数的双视角测量方法。

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，是深入研究环状流演化特性及流动机理的重要基础，对提高传热传质效率、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。管道内(外)沿管道轴向的液膜流动参数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，实现单一视角的轴向液膜流动参数测量。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，单一视角测量对于液膜时空流动，尤其是非轴对称液膜而言，缺失了很多必要的流动信息。而针对液膜轴向流动参数的双视角测量，可以获取更丰富的液膜流动形态和流动特征，对于深入认识液膜流动结构、演化及传热传质特性具有非常重要的研究意义和应用价值。

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轴向流动参数的双视角测量方法，结合激光诱导荧光技术，实现管道内(外)轴向液膜双视角流动信息的实时、同步获取，以满足不同情况下液膜丰富时空流动特征的测量、分析与研究需要。本发明采用的技术方案是，液膜轴向流动参数双视角测量方法，步骤是：

1)调整片状激光，使光平面通过圆形管道的垂直中心轴线并照亮流场，激发溶解有特定荧光溶剂的沿管道轴向的液膜产生荧光；

2)高速摄像机垂直于激光平面，并尽量使其光轴对准管道中心，在高速摄像机前放置两组对称光轴分布的反射镜组，其折光分光光路形成两台互成角度的虚拟摄像机，以一定交汇角分别从两侧拍摄沿管道轴向的液膜双视角图像；

3)对左、右虚拟摄像机摄取的轴向液膜双视角荧光图像进行处理，包括灰度化、差影反色、阈值分割、形态学、畸变校正、图像融合，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。

步骤2)进一步地，根据高速摄像机工作距以及测量需求的不同，分为以下三种情况：

(a)左虚拟摄像机拍摄管道左侧的轴向液膜信息，右虚拟摄像机拍摄管道右侧的轴向液膜信息；

(b)左、右虚拟摄像机同时拍摄管道左、右两侧的轴向液膜信息；

(c)左虚拟摄像机拍摄管道右侧的轴向液膜信息，右虚拟摄像机拍摄管道左侧的轴向液膜信息；

在实际拍摄中，根据管径大小、工作距以及测量需求，优化高速摄像机与反射镜组结构参数，调整如高速摄像机到管道的距离，两侧反射镜组到中心光轴的水平距离或高速摄像机到中心反射镜组的垂直距离，使其满足上述条件之一的轴向液膜双视角测量。