[发明专利]多相浮射流实验发生装置及油滴气泡阴影图像处理方法

说明书

本发明涉及一种多相浮射流实验发生装置及油滴气泡阴影图像处理方法，该装置包括油气多相浮射流模拟系统和量测系统。油滴气泡阴影图像处理方法通过阴影图像获取油滴、气泡运动信息，对于离散相液滴目标的图像处理，运用边缘曲率分割实现重叠目标的分离定位，运用分组识别提高目标识别效率，运用目标灰度统计信息差异区分油滴以及气泡，并利用相邻两帧图像匹配分析计算油滴和气泡的运动速度。综上，本发明可控制油气比例以及分散在水体中油滴、气泡的大小，并实现对水体、油滴、气泡各相运动的同时测量，可用于研究油气多相浮射流的内部结构及其输移扩散规律，为相关水下溢油污染评估等实际问题提供理论支持。

技术领域

本发明涉及一种多相浮射流实验发生装置及油滴气泡阴影图像处理方法，属于环境模拟实验设备技术领域。

背景技术

多相浮射流研究在水环境领域有着广泛背景，包括海底井喷溢油在水体中的输移扩散问题、气泡羽流用于加强水体掺混问题、疏浚抛泥抛沙问题等。以海底井喷溢油为例，井喷溢油的水下过程主要表现为油气混合物形成的复杂多相浮射流，其分散相为不同大小的油滴、气泡，连续相为海水。分散相的油滴、气泡与连续相的水体之间存在滑移速度，使其与温排水浮射流等单相浮射流之间存在明显差异。特别是在垂向密度分层或横流环境中，不同大小的油滴、气泡会出现显著的分离，从而导致其在流动结构和动力特征上表现出不同于单向浮射流的现象。由于密度不同、大小不同，滑移速度差异较大的油滴、气泡在浮射流中运动轨迹和分布特征也会有较大不同。研究不同物理性质物质形成的多相浮射流的内部结构及其在垂向密度分层等环境中演化规律，才能对井喷泄漏物中不同组分在水体中的分布情况以及最终到达海面的情况进行准确预测。

目前，对于由于温度或浓度差形成单相浮射流的实验研究已有较成熟的方法和设备。而多相浮射流的实验相对难以观测，相关研究开展相对较少。仅有一些针对气泡浮射流的实验装置，也都没有考虑控制产生不同大小气泡的比例以及油气共存的情况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确获知油气多相浮射流内部结构及其中物质的输移扩散规律的多相浮射流实验发生装置及油滴气泡阴影图像处理方法，可控制油气比例以及分散在水体中油滴、气泡的大小，并能够实现对水体、油滴以及气泡各相运动的同时测量。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多相浮射流实验发生装置，其特征在于，该装置包括油气多相浮射流模拟系统和量测系统；所述油气多相浮射流模拟系统包括安置于测量区域水体内的多相浮射流发生装置，所述多相浮射流发生装置的进气口通过气管连接空气泵，所述多相浮射流发生装置的进油口通过油管连接储油罐，所述油路上依次设置有阀门和蠕动泵；所述测量系统包括设置在所述测量区域水体背面的LED灯阵列、设置在测量区域水体一侧的激光器、同步器、第一相机、第二相机和计算机；所述激光器产生激光照射加入流场荧光示踪粒子的测量区域水体，经测量区域水体出射的一部分光滤波后由所述第一相机采集油滴气泡阴影图像，经测量区域水体出射的另一部分光滤波后由所述第二相机采集荧光粒子图像，所述第一相机和第二相机将采集的图像发送到所述计算机，所述计算机对油滴气泡阴影图像进行处理完成对油滴以及气泡各相运动特征提取，所述计算机对荧光粒子图像进行处理完成水体特征提取；其中，所述LED灯列阵由LED控制器进行控制，所述激光器由激光控制器进行控制，所述激光控制器连接所述同步器，所述计算机通过控制所述同步器使得所述第一相机和第二相机同时进行图像采集。

进一步地，所述多相浮射流发生装置包括支架、管体分布盘、气体分流器和液体分流器；所述支架顶部固定设置所述管体分布盘，所述管体分布盘上间隔均匀交叉设置有不同孔径的若干出气管和出油管，所有所述出气管的底部开口均通过支路气管连接所述气体分流器的出气口，所述气体分流器的进气口连接所述气管的进气口，所有所述出油管的进油口均通过支路油管连接所述液体分离器的出油口，所述液体分流器的进油口连接所述油管的出油口，所有所述出气管以及出油管的顶部开口构成所述多相浮射流发生装置的喷口。

进一步地，所述出气管和出油管均采用针管。