[发明专利]一种气固鼓泡床内二维气泡识别方法

说明书

本发明公开了一种气固鼓泡床内二维气泡识别方法，包括以下步骤：1)获取某一时刻气固鼓泡床内的一截面上各点的坐标(x,y)以及固含率的值，构成规模为n的数据总集D_t：2)从步骤1)中获得的数据总集中筛选出气泡数据点集；3)计算气泡数据点集中每两个气泡数据点间的欧式距离，得到总欧式距离矩阵；4)定义最小搜索邻域δ；5)进行单个气泡的识别；6)标记已识别的气泡；7)重复进行步骤5)～6)，直至遍历总欧式距离矩阵中的全部元素，完成整个气固鼓泡床空间内全部气泡的识别。

技术领域

本发明涉及一种气固鼓泡床内二维气泡识别方法，特别涉及一种基于距离约束算法的气固鼓泡床内二维气泡识别方法，属于化工领域。

背景技术

研究表明，气泡是气固鼓泡床内流动特性中最显著的特征，其中气泡相为非连续相，与连续的颗粒相相互接触进行传质传热。在床层中，气泡在分布板上或稍高一点的位置处形成，并沿床层上升，但是由于床层中压力变化等原因，气泡在上升的过程中不断聚并，并逐渐加速上升，这些较大尺寸的气泡的存在造成了颗粒返混、颗粒夹带以及气固接触不均匀，对化学反应产生不利的影响。减小鼓泡流化床内气泡尺寸则是提高流化质量，强化气固接触的有效手段。在气固鼓泡床中，正是由于气泡的生成、聚并及破碎的复杂运动行为，提高了气固的接触效率，提供了良好的传质和传热条件。

使用二维鼓泡床装置进行实验可以清楚的观察到鼓泡床内的流动情况，如气泡的生成、聚并及破碎的过程，以及对气泡的形态和分布有着清晰的认识和了解，并且可以比较不同尺寸的气泡的上升速度，为后续的定量化研究气泡的尺寸和数量起到很大的推动作用。而研究者们也常常使用二维建模的方法来对鼓泡床内的气泡特性进行研究，因为与三维模型相比，二维模型所需的计算时间较短，节省资源，同时也能准确揭示鼓泡床内的流动情况，并且可以基于二维鼓泡床实验中观察到的现象定量化考察气泡的尺寸及数量。

气固鼓泡床中气泡的结构、尺寸、速度等参数，以及气泡形态变化，如生成、聚并、分裂等均对气固鼓泡床内部的颗粒混合、气体传热、传质等传递特性有着决定性的影响。其中气泡数量与尺寸分布是非常重要的参数，目前针对二维鼓泡床的研究主要有实验、模拟两种方法。实验方面学者普遍通过建立冷模二维鼓泡床实验装置，采用侵入式测量方法(电阻探针、电感探针、阻抗探针、光纤探针、热探针等)、非侵入式测量方法(高速摄像、X-射线、激光、压力脉动等)等对气泡的形态特性进行研究，但是由于传感器对鼓泡床内气固流动有一定的干扰，而非接触法的成本较高，实施起来并不容易。模拟方面学者普遍采用图像处理方法对鼓泡床内气泡的形态特性进行分析，例如灰度法等。

然而实验体系对气泡形态的研究成本较高，且操作条件主要是使用低气速和低气量状态下的实验条件，这种实验条件下整个床内的气泡数目极少，形态清晰，方法易于实现。模拟体系传统图像处理方法的主要思路为事先生成固含率分布图，再基于图像识别二值化等方法获得气泡边界，这种方法依赖于过程方法的参数值设置，如灰度阈值、均值滤波能量、图像腐蚀度等，鲁棒性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于距离约束算法的气固鼓泡床内二维气泡识别方法，实现气固鼓泡床内气泡的二维识别，并得到气泡的数量、尺寸分布信息。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种气固鼓泡床内二维气泡识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取某一时刻气固鼓泡床内的一截面上各点的坐标(x,y)以及固含率的值，构成规模为n的数据总集D_t：

2)从步骤1)中获得的数据总集中筛选出气泡数据点集；

3)计算气泡数据点集中每两个气泡数据点间的欧式距离，得到总欧式距离矩阵；

4)定义最小搜索邻域δ；