[发明专利]一种稀疏两相流中颗粒局部结构的测量方法

权利要求书

1.一种稀疏两相流中颗粒局部结构的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取流化颗粒图像，并对流化颗粒图像进行背景去噪和二值化处理，得到处理后的流化颗粒图像；

S2、对处理后的流化颗粒图像进行特征提取和筛选，以得到流化颗粒图像中每一个颗粒上白色光点的像素值；

S3、根据每一个颗粒上白色光点的像素值，对每一个颗粒进行定位，确定每一个颗粒在直角坐标系下的坐标值，并记录颗粒定位顺序，其中，直角坐标系的原点为流化颗粒图像的左下角；

S4、根据每一个颗粒在直角坐标系下的坐标值，构建对应的颗粒系统的Voronoi图，并以此计算每一个颗粒的局部体积分数；

S5、构建接触模型，其中，接触模型包括与键取向序参数对应的七个拓扑结构，即有键取向序参数为Q₀～Q₆；

S6、确定每一个颗粒的键取向序参数Q_n，结合接触模型，以对每一个颗粒进行局部结构匹配及颜色表征，同时计算每一个颗粒的方位角、建立颗粒局部结构变化曲线，即完成对流化颗粒局部结构的测量；

所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、按照步骤S3的颗粒定位顺序，依次对每一个颗粒划分最小局部结构体积元，以计算每一个颗粒与其邻近颗粒之间的距离，确定颗粒系统中的每一个颗粒与邻近颗粒接触的个数n，即得到每一个颗粒的键取向序参数Q_n；

S62、依次将每一个颗粒的键取向序参数Q_n分别与接触模型的七个拓扑结构进行匹配，并进行颜色表征，在进行匹配时，具体过程为：首先对应于键取向序参数Q_n的值，构建局部体积分数的七个区间；之后判断每一个颗粒的键取向序参数Q_n所对应的局部体积分数是否位于对应的区间内，若位于对应的区间，则匹配准确，否则匹配不准确，需返回步骤S61，以进行再次测量与匹配；

S63、计算所测量的每一个颗粒与其邻近颗粒之间的夹角，即该颗粒拓扑结构中邻近颗粒的方位角；

S64、实时统计键取向序参数为Q₆的颗粒个数，通过曲线拟合键取向序参数为Q₆的颗粒个数与时间的关系，得到颗粒局部结构变化曲线。

2.根据权利要求1所述的一种稀疏两相流中颗粒局部结构的测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、将每一个颗粒上白色光点进行连通域标识，以识别每一个颗粒；

S32、选取流化颗粒图像的左下角为坐标原点，以建立直角坐标系；

S33、根据连通域标识顺序，依次对每一个颗粒进行定位，即得到每一个颗粒在直角坐标系下的坐标值，并记录颗粒定位顺序。

3.根据权利要求1所述的一种稀疏两相流中颗粒局部结构的测量方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、根据每一个颗粒在直角坐标系下的坐标值，基于Delaunay三角剖分算法，得到空间离散点，以生成对偶元Delaunay三角网；

S42、确定Delaunay三角网中每个三角形的外接圆圆心，通过连接相邻三角形的外接圆圆心，形成以每个三角形顶点为生成元的多边形网，即为颗粒系统的Voronoi图，其中，Voronoi图中每个多边形对应于一个颗粒；

S43、基于凸多边形的性质，得到Voronoi图中每个多边形的面积，以计算每一个颗粒的局部体积分数。

4.根据权利要求3所述的一种稀疏两相流中颗粒局部结构的测量方法，其特征在于，所述局部体积分数具体为：

其中，F_i为颗粒i的局部体积分数，d为颗粒i的直径，A_i为颗粒i对应多边形的面积。