[发明专利]一种基于Delaunay三角剖分的气泡体积测量方法

说明书

本发明公开了一种基于Delaunay三角剖分的气泡体积测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)获取某一时刻气固鼓泡床内单个气泡上的点坐标a(x，y，z)，构成单个气泡的规模为n的数据点云A；2)计算数据点云A中任意两点的欧式距离，得到总欧式距离矩阵M；3)求取数据点云A中所有数据点的法向量；4)对数据点云A进行Delaunay三角剖分，获得包含剖分结果的四面体集合T_tra；5)确定数据点云A中所有数据点的法向量的正方向；6)剔除四面体集合T_tra中的体外四面体，得到气泡的体积。

技术领域

本发明涉及一种基于Delaunay三角剖分的三维气泡体积的测量方法，特别涉及一种基于Delaunay算法的对实验中、工业中以及流场模拟中的气固鼓泡床内三维气泡体积的测量方法，属于化工领域。

背景技术

研究表明，气泡特征是气固鼓泡床中的重要参数，气泡改变了气体自身通过颗粒床层的流动状态，同时引发周围颗粒的特定运动形式。在气固鼓泡床中，气泡的存在引起床层中物料的迅速而充分的混合，同时增强了气固间的接触效率，提供了良好的传质和传热条件。而气泡尺寸参数的变化，对气固鼓泡床内部的颗粒混合、气体传热、传质等传递特性有着决定性的影响，如何测量气固鼓泡床内气泡的尺寸分布是一个重点与难点。

学者在气固鼓泡床的实验研究中，主要采用摄影法、图像法、PIV技术等对气泡形态、体积、速度进行间接测量，但主要使用低气速和低气量状态下的实验条件，这种实验条件下几乎不会出现径向气泡的重叠，而且气泡数目较少，形态清晰，易于实现。学者对模拟体系定量化计算的主要思路为三维空间转化二维切片，再基于图像识别方法获取气泡信息；也有将三维数据向三个基准平面投影，转化为求投影柱体体积的方法。但通过二维化方法获得的数据具有片面性和随机性，且气泡的二维切面不能够准确反映整个三维空间中的数目、尺寸特征；当气泡存在空穴或几何形体过于复杂时，基平面投影法无法准确求解，会造成很大的误差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于Delaunay三角剖分的三维气泡体积的测量方法，能够实现三维空间内气固鼓泡床内气泡体积、等效直径等信息的测量，为量化研究气固鼓泡床内的气泡行为提供具有重要意义的数据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种基于Delaunay三角剖分的气泡体积测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)获取某一时刻气固鼓泡床内单个气泡上的点坐标a(x,y,z)，构成单个气泡的规模为n的数据点云A，

A＝{a_i(x_i,y_i,z_i)|i＝1,2,…,n}

式中，a_i(x_i,y_i,z_i)为数据点云A中的第i个数据点；

2)计算数据点云A中任意两点的欧式距离，得到总欧式距离矩阵M；

3)求取数据点云A中所有数据点的法向量；

4)对数据点云A进行Delaunay三角剖分，获得包含剖分结果的四面体集合T_tra：

T_tra＝{T_tra,1(v₁₁,v₁₂,v₁₃,v₁₄),T_tra,2(v₂₁,v₂₂,v₂₃,v₂₄)…T_tra,z(v_z1,v_z2,v_z3,v_z4)|z＝1,2,…,t}