[发明专利]表征直接接触沸腾换热过程中液滴群行为均匀性的中心化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表征直接接触沸腾换热过程中液滴群行为均匀性的中心化方法，属于冶金 能源工程技术领域。

背景技术

无论是在直接接触式换热还是传统式换热方式中，针对于换热过程中流体流型的研究一 直都是难点问题。而直接接触换热过程中，由单个泡滴的形成、生长、脱离和运动等微观现 象发展成液滴群宏观运动的沸腾传热过程，液滴间相互干扰和影响，增添了复杂性，并伴随 多样性和随机性，更加大了流动特性与传热机理之间相互关系研究的难度。针对于流型识别 或多相混合领域的研究多采用数字图像处理技术以及非接触式可视化技术。例如光学法是从 整体上对混合时间进行了考察，测量方法简单，通过激光衍射法来测量药物成分的粒径分布 等，但由于装置复杂，实际应用较少。随着层析成像技术的发展，例如电子断层成像、电阻 层析成像、正电子发射断层扫描和核磁共振成像等非接触式成像系统能够实时地获取非透明 及透明物料搅拌混合过程的图像，使得其在流体混合效果评价方面的研究具有非常大的潜力。

发明内容

本发明提供一种具有较高的应用价值的、简便可行的用于直接接触沸腾换热过程中液滴群 行为均匀性的中心化方法，具体包括以下步骤：

(1)通过直接接触式蒸汽发生器的可视窗，获取直接接触沸腾换热过程中液滴群行为的 实时图样并保存下来；并利用数字图像处理技术获得只有背景和目标的待处理图样；将待处理 图样中的目标作为研究对象；并且每个时刻t对应一张流型图；

(2)将原始流型图像经灰度化、高帽变换、滤波、二值化和开运算等一系列数字图像处 理技术，最终转化为一个N行M列的数字矩阵(N、M取正整数)，其中矩阵元素要么为1(白色： 气泡)，要么为0(黑色：背景)，没有其他数值，简称为黑白矩阵或者黑白流程图；

(3)黑白矩阵或黑白流型图可视为以行号和列号为坐标的帧坐标系，通过简单的线性变 换，将黑白流型图转化为笛卡尔坐标系，设x₀为黑白流型图中某个气泡的列号，y₀为黑白流型 图中某个气泡的行号，x∈[0,1]为笛卡尔坐标系中某个气泡的横坐标值，y∈[0,1]为笛卡尔坐标 系中某个气泡的纵坐标值，则转换公式如下所示：

x=x0-1M-1,y=N-y0N-1;]]>

(3)运用均匀试验设计理论中心化偏差概念，设n为某张黑白流型图在笛卡尔坐标系中的 液滴个数，s为液滴所在笛卡尔坐标系中位置的维数，由于笛卡尔坐标系为二维直角坐标系， 因此s＝2，即i为横坐标值、j为纵坐标值或者j为横坐标值、i为纵坐标值，进而计算t时刻单张流 型图中液滴群在整个笛卡尔坐标系中的中心化偏差：