[发明专利]一种基于改进型0‑1测试的底吹炉水模型混沌状态表征方法

摘要

本发明公开一种基于改进型0‑1测试理论的底吹水模型混沌状态表征方法，属于冶金、能源等工程技术领域；本发明方法建立在数字图像处理技术和0‑1测试理论上，用Kc中值来表征底吹水模型混沌状态，主要应用于底吹炉水模型中气‑液混合状态的研究；该方法简单方便易于实施，且具有很高的实用价值，对化工、冶金设备中原材料混合的混沌状态判断，提供了一种可靠实用的方法。

主权项

一种基于改进型0‑1测试的底吹炉水模型混沌状态表征方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)当底吹炉水模型实验的进行时，用高速摄像机获取底吹水模型实验过程中气泡群行为的实时图样并保存下来；并利用数字图像处理技术获得只有背景和目标的待处理图样；将待处理图样中的目标作为研究对象；并且每个时刻t对应一张流型图；(2)将原始流型图像变为灰度图像，再经二值化的数字图像处理，得到最终流型图，对应于一个M行N列的数字矩阵，M、N取正整数，其中矩阵元素要么为1，要么为0，其中1代表白色气泡，2代表黑色背景，即为黑白矩阵或者黑白流程图；(3)借助CHomP软件对黑白流型图计算二值化后的第零维贝蒂数β0和第一维贝蒂数β1，β0指的是区域中块的个数，β1表示的是图像中洞的个数；图样中块的个数足够多，那多相混合的效果足够好，即β0越大，多相混合越均匀；(4)每张图像可分别得到一个β0和β1，取时间序列的长度为K，分别得到K个β0和β1，基于改进型0‑1测试方法中的关联方法求Kc中值对气液两相流混沌状态进行表征，改进型0‑1测试中，β0离散时间序列为(n为变量，n∈[1,K])，β0离散时间序列的局部极值为ω(m)(m为极值的个数，m∈[1,K])，需引入平均平方位移(MSD)为：Mc(m)=limK→∞1KΣi=1K[(pc(i+m)-pc(i))2+(qc(i+m)-qc(i))2]-E2(ω)1-cos(mc)1-cosc]]>这里，ω(i)(i＝1,2,…,m.)是一个集合P，基于独立于采样周期的c∈(0,π)，利用上述方法求平均平方位移，计算引入平均平方位移(MSD)是为了确定pc和qc的增长，其中(5)基于0‑1测试方法中的关联方法求改进0‑1测试中关联方法的Kc中值对气液两相流混沌状态进行表征，上述得到的pc(m),qc(m)，Mc(m)均由β0时间序列得到的过程变量，然后求得对应的Kc数值，这里利用关联方法定义渐进增长率Kc(Kc∈[‑1,1])公式为：Kc=cov(ξ,Δ)var(ξ)·var(Δ)]]>其中，向量ξ＝(1,2,…,m)，Δ＝(Mc(1),Mc(2),…,Mc(m))；(6)通过计算β0时间序列的Kc中值接近于0或1确定时间序列的混沌特性，Kc中值接近于0表示该时间序列不具有混沌特性，而Kc中值接近于1表示该时间序列具有混沌特性。