[发明专利]稠密两相流颗粒速度和浓度空间分布的测量装置

说明书

技术领域

本发明提供一种用于稠密两相流场中运动颗粒速度和浓度空间分布的测量装置，特别适合于气固喷动床中稠密相颗粒速度和浓度空间分布的测量，属于多相流测量领域。

背景技术

两相流的速度和浓度空间分布规律是分析两相流中流体动力学规律的关键参数，是认识流化装置中两相流体间传热和传质机理的前提，对于工业生产中流化装置的设计和结构参数的优化具有重要的意义。

目前，已有多种测量两相流场中颗粒速度和浓度的手段，传统的测量手段有冲击力法、等速采样法、热平衡法、光纤探头法等，现代测量手段有激光多普勒测试仪（LDV）、粒子成像测速技术（PIV）、电容层析成像法等。传统的两相流测量手段测量精度低，测量结果的重复性和可靠性均不理想；现代测量方法以高空间、时间分辨率等优点被广泛应用于两相流测量领域中，但现存的测量方法只在稀相流测量中得到了成功的推广，比如市面上已有PIV测速仪在销售，而对于稠密相特别是稠密相流场内部颗粒速度和浓度空间分布规律的测量依旧没有实现突破性的进展。由于受稠密两相流测量技术的限制，对喷动流化床等流化装置内部复杂的流动机理研究与认识很少，导致工业生产中流化设备放大运用过程中出现了障碍。因此，市场上急需一种能够解决在稠密多相流中实现准确而全场测量的测量装置和测量方法。

由于光学技术、高速摄影技术、数字图像处理技术的迅速发展，以及计算机处理器速度和内存容量的快速提升，为光纤内窥镜在高速图像采集和处理中的应用提供了有利条件，国内外已经有这方面的应用，比如光纤内窥镜在无损检测中的应用、电子内窥镜在医学领域的应用等，目的就是要提供准确而又实用的获取事物内部信息的手段。本发明正是在现存的应用需求和技术支撑的背景下，提供了一种切实可行的测量稠密两相流场内运动颗粒的速度和浓度空间分布规律的测量装置和测量方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种实用、准确、操作方便、性能稳定的稠密两相流场内颗粒速度和浓度空间分布规律的测量装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种稠密两相流颗粒速度和浓度空间分布的测量装置，该装置包括图像采集端和图像处理单元：

图像采集端用于拍摄流化装置内颗粒的运动视频，图像采集端包括激光源、光纤内窥镜、高速工业相机、图像采集卡、计算机；激光源提供的片形激光束确定流化装置中的测量区域；使用光纤内窥镜作为光学镜头拍摄所确定的测量区域，光纤内窥镜的镜头与激光束平面平行，其之间的距离保持在10mm，光纤内窥镜的目镜通过适配器和垫圈与高速工业相机配接；光纤内窥镜、高速工业相机、图像采集卡和计算机串联组成颗粒运动视频拍摄和保存装置； 

图像处理单元用于得到流化装置内颗粒速度和浓度的值，再对固定时间内的颗粒运动过程进行统计分析，得出流化装置内运动颗粒速度和浓度的空间分布规律。

优选的，光纤内窥镜深入流化装置拍摄颗粒运动过程，调节光纤内窥镜镜头端在三维空间上下左右四个方向弯曲，实现多角度测量流化装置中颗粒速度和浓度。

优选的，光纤内窥镜的目镜与高速工业相机通过适配器与垫圈配接，增加垫圈，内窥镜成像缩小，减少垫圈，内窥镜成像放大。

有益效果： 本发明提出的稠密两相流场内颗粒速度和浓度空间分布规律的测量装置具有如下的特色及优点：

1、突破了以往无法得到稠密两相流场内部颗粒流动过程的障碍，可测得稠密两相流场内部颗粒的速度和浓度空间分布规律；

2、不用添加示踪颗粒，直接拍摄稠密两相流装置中的颗粒运动视频；

3、光纤内窥镜镜头能够在三维空间内转动，可在上下左右四个方向120°的视角范围内测量流场内部的流动，实现了颗粒的全场测量。

附图说明

图1 稠密两相场中颗粒速度和浓度空间分布规律测量装置的原理示意图；

流化装置1，颗粒2，光纤内窥镜3，高速工业相机4，数据传输线5，图像采集卡6、计算机7，图像处理单元8，激光源9，激光束10，光纤内窥镜镜头端11，       光纤内窥镜测量口12， 旋钮13，适配器14，垫圈15。

图2 图像处理软件流程图的主程序流程图；

图3 图像处理软件流程图的点阵样板图像处理程序流程图；

图4 校正标定使用的点阵样板。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明。