[发明专利]识别气液界面位置的方法

说明书

本发明公开了一种识别气液界面位置的方法。本发明的识别气液界面位置的方法，首先分别在气体和液体中分撒示踪粒子，然后通过在气液界面的两侧各自使用高速相机拍摄示踪粒子图像，然后识别出图像中的初始时刻的界面位置，然后再对所有同时刻的图像进行预处理，识别出随后各帧图像中的气液界面位置，再对得到的气液界面位置进行时间‑空间平滑，从而得到了拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的所有气液界面位置，最后再得到拍摄拍摄界面以下区域的相机所得到的图像中的气液界面位置，可以在气液界面两侧均有粒子存在的情况下准确识别气液界面的位置，且识别准确度高，可以很好地适用于粒子图像测速中的近壁测量。

技术领域

本发明涉及粒子图像测速技术领域，特别地，涉及一种识别气液界面位置的方法。

背景技术

粒子图像测速(PIV)是流体力学实验中经常使用的一种测量方法，它可以测量某个区域内流体瞬时的速度场，其原理是在流体中播撒随流体微团一起运动的示踪粒子，在短时间内拍摄两张照片，由两个时刻内示踪粒子在照片上位置的变化可以计算出拍摄区域内各处流体微团的速度(这个速度为平面上的速度，即有两个分量)。其中最主要的计算方法是将画面分成若干小块(查询窗口)，计算较前时刻的小块和较后时刻的小块之间照片亮度的相关系数，相关系数峰值的位置表示流体相应查询窗口附近流体微团的速度。粒子图像测速有干扰小、可测量某区域同时刻所有位置速度等优点。

自粒子图像测速大规模使用以来，近壁测量一直是其中的比较疑难的部分。壁面处的强烈反光，壁面附近速度梯度大、粒子密度低，壁面另一侧缺少有效信息，以及壁面形状不规则或形状随时间变化等因素都会增加测量难度，而界面位置又是进行近壁测量至关重要的信息。现有的粒子图像测速方法在进行近壁测量时只能在测量界面一侧的速度场的过程中识别气液界面的位置，无法适用于界面两侧都有粒子存在的情况，且其界面位置识别不准确，测量结果准确度较差。

发明内容

本发明提供了一种识别气液界面位置的方法，以解决现有的粒子图像测速方法在进行近壁测量时只能在界面一側有示踪粒子时识别气液界面的位置，无法适用于界面两侧都有粒子存在的情况，且其界面位置识别不准确，测量结果准确度较差的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种识别气液界面位置的方法，适用于气液界面两侧均有示踪粒子存在的情况，包括以下步骤：

步骤S1：分别在气体和液体中播撒示踪粒子，然后设置片光源进行照明；

步骤S2：在气液界面的两侧各使用高速相机拍摄示踪粒子图像，并对位于界面两侧的相机各自进行标定；

步骤S3：识别拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的初始时刻界面位置；

步骤S4：对拍摄界面以上区域的相机所得到的同时刻的图像进行预处理；

步骤S5：识别随后各帧图像中的气液界面位置；

步骤S6：对气液界面位置进行时间-空间平滑操作以得到拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的气液界面位置；

步骤S7：根据拍摄界面以上区域的相机所得到的图像中的气液界面位置得到拍摄界面以下区域的相机所得到的图像中的气液界面位置。

进一步地，所述步骤S2中相机与水平面之间呈10°夹角倾斜设置。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：若气体运动速度远大于液体运动速度，每个像素的亮度取多张图片中相应位置亮度的最小者；否则跳过本步骤；

步骤S32：对图片进行灰度形态学开操作若干次；

步骤S33：设置亮度阈值识别液体中的粒子，得到二值图像；

步骤S34：对二值图像进行开操作若干次，再进行闭操作若干次；