[发明专利]一种运动条件下气泡动力学参数确定方法

说明书

本发明公开了一种运动条件下气泡动力学参数确定方法，步骤如下：1、采集六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验中气泡运动过程气泡行为图像信息；2、对步骤1中图像信息进行处理；3、基于步骤2中图像信息的处理结果，建立气泡上升速度的关系式；4、基于前三步，分析气泡速度、气泡表面的作用力及气泡形状机理模型，建立Re‑Eo数的关系式，得到运动条件下气泡速度、形状及尺寸的内部联系；5、绘制运动条件下气泡速度‑尺寸‑形状查询图。本发明可以为核动力系统运动条件下，气泡速度‑尺寸‑形状预测提供理论基础。

技术领域

本发明属于方法发明技术领域，具体涉及一种运动条件下气泡动力学参数确定方法。

背景技术

海洋核动力系统长期在海洋环境中工作，会受到海洋中风浪的作用，产生倾斜、摇摆、起伏等六个自由度的运动，自然循环系统由于驱动压头较小，并且受冷热源高度差影响较大，在运动条件下热工参数会与平台运动形态形成非线性耦合关系，与静止条件下有着很大不同，尤其是当自然循环出现两相时，海洋运动-空泡份额-驱动力及系统流量之间会形成复杂的耦合关系，自然循环系统更容易发生流动不稳定性，这会给海洋核动力装置的安全运行产生不利影响。当自然循环系统发生过冷沸腾时，由于加热段气泡的产生，会对系统自然循环能力产生极为重要的影响，因此开展气泡动力学特性研究，分析气泡的运动行为对于揭示两相自然循环流动的内部机理具有重要意义。由于自然循环过冷沸腾气泡行为特性是非常复杂的过程，直接研究难度较大。因此，一些学者提出可以将气泡分离出来，关注单个气泡的运动特性，这种方法可以简单有效的揭示气泡运动的内部机理。可视化实验方法是一种研究气泡动力学特性的有效方法，可视化实验的方法获得气泡上升过程的行为特性，需要通过一定信息处理及参数确定方法，才可对气泡运动过程进行定量的分析，为研究气泡动力学特性提供有效参考。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种运动条件下气泡动力学参数确定方法，该方法基于运动条件下运动系统可视化实验中气泡运动过程可视化实验，通过图像处理、合理假设和理论推导，实现了实验中气泡动力学特性的参数确定过程，为核动力系统运动条件下，气泡速度-尺寸-形状预测提供理论基础。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种运动条件下气泡动力学参数确定方法，包括如下步骤：

步骤1：运用高速摄像系统采集六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验中气泡运动过程气泡行为图像信息；

步骤2：通过图像处理软件Image-Pro Plus对步骤1中图像信息进行处理，具体步骤如下：

步骤2-1：基于六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验装置中实验段上所固定的LED面板表面上的半透明坐标纸，确定气泡的测量长度和实际长度之间的比例关系；

步骤2-2：通过图像处理软件Image-Pro Plus，对采集的图像进行增强处理，提高图像的亮度即对比度；

步骤2-3：通过图像处理软件Image-Pro Plus，根据图像特性设置阈值，并基于阈值对图像进行二值化处理，其中气泡区域为白色，流场区域为黑色；

步骤2-4：通过图像处理软件Image-Pro Plus，采用形态滤波的方法填补气泡间缝隙，将相邻的气泡区域进行连接；

步骤2-5：通过图像处理软件Image-Pro Plus，利用边界捕捉提取每个气泡的边界，并对气泡进行标记；

步骤2-6：通过图像处理软件Image-Pro Plus批量处理图像信息功能实现气泡运动过程中轨迹的追踪及特征参数提取；

步骤3：基于步骤2中图像信息的处理结果，建立气泡上升速度的关系式，具体步骤如下：

步骤3-1：以六自由度运动条件下气泡动力学特性研究试验中的实验段为基准建立非惯性参考系，建立表面张力及浮生力对气泡运动的作用效果表达式：