[发明专利]一种圆管内气液两相环状流液膜厚度的测量及修正方法

说明书

本发明公开了一种圆管内气液两相环状流液膜厚度的测量及修正方法，包括以下步骤：1)通过摄影装置1结合光源3对圆管内气液两相环状流的相界面进行拍摄，得包含液膜和气芯的灰度图；2)对灰度图进行数字图像处理，得包含液膜和气芯的二值化图像；3)提取二值化图像中气液相界面信息，得液膜厚度的成像值；4)建立预测圆管壁厚及液膜厚度成像值与真实值之间定量关系的光学成像理论模型；5)利用步骤4)构建的液膜光学成像理论模型对待测量液膜厚度的成像值h_成像进行修正，得待测量液膜厚度的真实值h_真实，该方法能够实现圆管内气液两相环状流液膜厚度的可视化检测，具有较高的检测精度、安全性及可靠性，并且检测成本低。

技术领域

本发明属于气液两相环状流参数测量技术领域，具体涉及一种圆管内气液两相环状流液膜厚度的测量及修正方法。

背景技术

气液两相环状流是一种重要的、并在工程领域应用广泛的两相流动，管内环状流主要由管壁液膜和中心雾状高速气芯组成。环状流中管壁液膜具有很强的热质交换能力，液膜厚度的准确测量，对深入研究环状流的流动及传递特征具有重要作用。根据测量原理不同，液膜厚度的测量方法主要包括声学法、电导法、光学法和射线法等。声学法基于超声波在气液界面的衰减与反射传播的时间来确定液膜厚度，但超声波波长的不确定性限制了声学法在液膜极薄情况下的应用。电导法简单可靠、成本较低，但它只适用导电液膜的测量，电导探针侵入流体对流场也会产生一定的干扰，导致测量偏差。射线法是一种成熟且应用较好的测量方法，但实际应用中涉及射线防护、放射源存储及设备维护等安全问题。光学法是目前应用较多的方法，但光学测量设备普遍价格昂贵，操作过程复杂，且对被测介质和应用环境的清洁度有严格要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种圆管内气液两相环状流液膜厚度的测量及修正方法，该方法能够精确测量气液两相环状流液膜的厚度，并且测量成本低，安全可靠。

为达到上述目的，本发明所述的圆管内气液两相环状流液膜厚度的测量及修正方法包括以下步骤：

1)在圆管的测量段外布置矩形透明水箱，在矩形透明水箱的正面及背面分别设置摄影装置及光源，开启光源，通过摄影装置拍摄圆管内气液两相环状流相界面的图像，得包含管壁、液膜及气芯的灰度图；

2)对步骤1)得到的灰度图进行数字图像处理，得包含液膜及气芯的二值化图像；

3)提取步骤2)得到的二值化图像中的气液相界面信息，得液膜厚度的成像值h_成像；

4)建立预测圆管壁厚及液膜厚度成像值h_成像与真实值之间定量关系的光学成像理论模型，得液膜厚度缩放因子K_液膜；

5)利用步骤4)得到的液膜厚度缩放因子K_液膜对待测量液膜厚度的成像值h_成像进行修正，得待测量液膜厚度的真实值h_真实。

步骤2)的具体操作过程为：

a)从灰度图上分割出包含气液相界面的液膜有效区域；

b)利用对比度调整函数提高灰度图的对比度；

c)利用填充函数对灰度图的空洞区域进行填充，消除液膜中夹带的气泡；

d)将灰度图转化为二值图像；

e)通过填充函数及求反函数消除气芯中夹带的液滴，得包含液膜及气芯的二值化图像。