基于数字图像的气液两相流气泡尺寸测量方法研究

论文总字数：20237字

摘 要

气液两相流广泛存在于石油、能源生产和化工等不同工业领域，如化学和生物化学过程中的反应器。在这些气液系统中，气体分散在液体中，以产生大面积区域的化学反应、传热和传质。过程的反应速率是与气泡尺寸分布密切相关。因此，开展气液两相流中气泡的参数对于过程优化与控制具有重要意义。本文开展了基于数字图像处理的气液两相流气泡尺寸及分布测量方法的研究。

第一章首先简单介绍了气液两相流气泡参数检测的意义，然后介绍了现有的气液两相流的气泡参数检测方法现状，并分析了数字图像法目前存在的问题。接着介绍了本文的主要研究内容。

第二章介绍了在数字图像法气泡参数检测原理及图像法的具体处理过程 ，并以对一张图片的处理为例，介绍了在本设计中编写的图像处理程序处理气泡的流程和效果。

第三章介绍了气泡实验装置和实验流程，开展了气泡参数测量实验研究，并对试验结果进行了分析。在结果分析方面，先对单张气泡的实验结果进行了分析，然后对各个工况下气泡参数进行了统计和分析，得出了气泡尺寸随进气流量和进气孔大小的变化规律，实验结果表明：在进气孔大小相同的情况下，气体流量的变化对气泡直径的主要分布范围影响不大。但在这个范围内，气体流量越大，小直径气泡的数量相对大气泡直径的数量增加更多，但同时也会产生更大的气泡。在气体流量不发生变化的情况下，进气孔的直径越大，气泡直径越大。

关键词：数字图像法，气泡，气液两相流，图像分析

Abstract

Gas-liquid two-phase flow is widely used in petroleum, energy production and chemical industries, such as reactors in chemical and biochemical processes. In these systems, gases are dispersed in the liquid to produce chemical reactions, heat and mass transfer in large areas. The reaction rate of the process is closely related to the bubble size distribution. Therefore, the parameters of bubbles in gas-liquid two-phase flow are of great importance to process optimization and control. In this paper, the size and distribution of gas-liquid two-phase flow bubbles are studied based on digital image processing.

First, in the first chapter the significance of the measurement of gas-liquid two phase flow parameters is briefly introduced, and then introduced the current status of bubble parameter detection method for gas-liquid two-phase flow. Finally, the main research of this paper is introduced. The second chapter introduces the principle of digital image processing for bubbles parameter measurement and the image processing.

In the third chapter, the experimental apparatus and flow of bubble is designed and built, and the experiments of bubble parameter measurement is carried out at the various working conditions. The experimental results showed that the bubble size changes with the inlet gas flow rate and inlet hole size. the air inlet under the condition of the same size, the change of gas flow effect on the main distribution range of the diameter of bubble is not wide. But in this condition，with the gas flow rating, the number of smaller bubbles increases more than the number of larger ones , and also can produce larger bubbles. When the gas flow rate is the same, the larger the size of the air inlet, the larger the diameter of the air bubble is.

Keywords: Digital image, Bubble, Gas-liquid two-phase flow, Image analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 气液两相流气泡参数测量研究现状 1

1.2.1 电容层析成像技术 1

1.2.2 激光多普勒技术 2

1.2.3 超声技术 3

1.2.4 光纤技术 3

1.2.5 相关技术 4

1.2.6 图像处理技术 4

1.3 图像法应用存在的 5

1.4 本文的主要研究内容 5

第二章 基于数字图像的气泡参数测量方法研究 7

2.1 数字图像法气泡参数测量原理 7

2.1.1 图像运算 7

2.1.2 图像变换 7

2.1.3 图像增强 8

2.1.4 边缘提取和图像分割 8

2.1.5 二值形态学操作 9

2.2 气泡数字图像处理程序设计开发 10

2.3 本章小结 14

第三章 气液两相流气泡参数实验研究 15

3.1 实验装置 15

3.1.1 流体控制系统 15

3.1.2 光源控制系统 16

3.1.3 摄像系统 17

3.2 实验结果及分析 17

3.2.1 单张气泡图像处理结果 17

3.2.2 不同工况下气泡图像处理结果 19

3.3 本章小结 22

第四章 工作总结及展望 23

4.1 工作总结 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

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