一种测量平壁降液膜孤立波频率的方法技术

本发明专利技术涉及一种测量平壁降液膜孤立波频率的方法。具体指通过高速摄像机实时拍摄竖直平板上的液膜流动状况，图像上任意一点的灰度级反映了该点所对应流场上液膜表面的波动情况，连续拍摄的每一帧图片反映了表面波在时间域上的演化过程，灰度级变化规律的波峰可能是孤立波也可能来自毛细波的干扰。根据孤立波的特征，在波峰中检测出孤立波，从而测得孤立波频率。本发明专利技术不接触液膜，不会对液膜分布带来额外干扰，又可同时得到全流场信息，并且在改变雷诺数、沿程距离、光照强度等环境条件后依旧能准确得到孤立波点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于实验研究
，具体指一种可用于测量平壁降液膜孤立波频率的方法。
技术介绍
在重力作用下工质沿竖直平壁的液膜流动问题有着广泛的工程应用。与液膜流动特性相关的统计参数的准确测量对研究液膜时空演化过程、液膜强化传热传质等有着重要的科研及工程实际意义。传统的人为观测法效率低下，而通过测量液膜厚度再间接测得孤立波频率的接触式测量方法会对液膜流动带来额外扰动，且受到电导探针或电容探针的布置数量与位置的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在不干扰液膜流动的情况下，测量流场上各位置的液膜孤立波频率的方法。为实现上述目的，本专利技术测量平壁降液膜孤立波频率的方法如下:a)使用高速摄像机对平壁上均匀铺展的降液膜演化过程进行连续拍摄，并记录流量、温度等，并将拍摄图像与参数传至计算机，包括:高速摄像机连续拍摄的每一帧图像、拍摄时采用的fps(为frames per second的简称，每秒钟填充图像的帧数，帧/秒，也称之为“刷新率”)以及分辨率、拍摄区域在平壁高度方向上的位置等山)选定测量点，读取测量点在每一帧图像上的灰度级，得到测量点灰度级随时间的变化关系，即灰度级在时间域上的拓扑结构；c)拓扑结构的峰值可能是孤立波也可能是毛细波，为排除毛细波的干扰，还需合理设置孤立波的最小间距、测量点的像素面积等；d)从拓扑结构的波峰中检测孤立波，从而得到孤立波频率。与现有技术相比，本专利技术采用阴影成像法结合程序分析来测量孤立波频率，属无接触测量，既不会对液膜分布带来额外干扰，又可同时得到全流场信息，并且在改变雷诺数、沿程距离、光照强度等环境条件后依旧能准确得到孤立波点。【附图说明】下面结合附图对本专利技术做进一步说明。图1为原始图片，拍摄到了液膜表面的孤立波与毛细波；图2为本专利技术的孤立波频率测量的程序流程图；图3为本专利技术程序中得到的液膜拓扑结构图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。首先设定流量并在竖壁上形成均匀稳定的降液膜，再打开高速摄像机调整拍摄位置以及分辨率、焦距、光圈等，得到清晰的降液膜图像。再设定fps以及连续拍摄图像的数量，得到一段时间内连续的降液膜演化图像。本实施例的图像见图1，实验条件为常温常压，fps为500，曝光时间Ι/lOOOs，分辨率1024X1280，流量为800L/h，拍摄位置在液膜形成处沿流向30cm处。此时观测到了大的孤立波与拟正弦形状的毛细波。呈现出大的孤立波和小毛细波共同在液膜基底上流动的演化过程。然后采用MATLAB程序，由上述连续图像和拍摄参数等得到孤立波频率。图2的程序流程图具体过程如下:a)获取每一帧图像以及相关拍摄参数，作为后续程序处理的初参数。采用MATLAB软件，从连续的帧图像中读取测量区域上像素点的灰度级，进而得到测量区域上灰度级随时间的变化规律，即一段时间内的拓扑结构(见图3)。b)为保证测量准确性，需合理设置测量区域的像素点面积，至少应满足: L > kXv/fps 其中L为测量区域在竖直方向上的像素点长度，单位为px。k为转化比例尺，即高速摄像机所拍摄的像素点距离与实际距离之比，单位为px/mm。V为孤立波平均速度，单位为mm/So fps为每秒拍摄帧数，S、为排除毛细波干扰，拓扑结构的峰值至少满足下式时才应被判断为峰值:Ιη- μ > 3 σ 其中Ιη为该测点第η张照片的灰度信息，μ和σ分别为统计时间内该测点灰度信息的均值与标准差。拓扑结构的峰值检索使用MATLAB自带函数findpeaks，其中MINPEAKDISTANCE —项至少应满足下式，为保证检测的峰值满足孤立波定义。 MINPEAKDISTANCE > kXv/20c)受拍摄条件、设备差异等影响，还需调节上述参数以保证程序准确性。每次测量时，可通过将人为观测的孤立波与拓扑结构中检测得到的孤立波进行对比分析，有依据地微调上述参数来提升程序的通用性，从而达到快速、批量测量孤立波频率的目的。【主权项】1.，其方法步骤如下: a)使用高速摄像机对平壁上均匀铺展的降液膜演化过程进行连续拍摄，并记录流量、温度等，并将拍摄图像与参数传至计算机，包括:高速摄像机连续拍摄的每一帧图像、拍摄时采用的fps以及分辨率、拍摄区域在平壁高度方向上的位置等； b)选定测量点，读取测量点在每一帧图像上的灰度级，得到测量点灰度级随时间的变化关系，即灰度级在时间域上的拓扑结构； c)拓扑结构的峰值可能是孤立波也可能是毛细波，为排除毛细波的干扰，还需合理设置孤立波的最小间距、测量点的像素面积等； d)从拓扑结构的波峰中检测孤立波，从而得到孤立波频率。2.根据权利要求1所述的测量方法，步骤a采用高速摄像机对平壁上均匀铺展的降液膜演化过程进行连续拍摄，记录流量、温度等，并将拍摄图像及各相关参数传至计算机。3.根据权利要求1所述的测量方法，步骤b采用MATLAB软件连续读取每一帧图像，得到测量区域灰度级在时间域上的拓扑结构。4.根据权利要求1所述的测量方法，步骤c其特征在于，需合理设置测量区域的像素点面积，至少应满足: L > kXv/fps 其中L为测量区域在竖直方向上的像素点长度，单位为px。k为转化比例尺，即高速摄像机所拍摄的像素点距离与实际距离之比，单位为px/mm。V为孤立波平均速度，单位为mm/So fps为每秒拍摄帧数，S、5.根据权利要求1所述的测量方法，步骤c其特征在于，拓扑结构的峰值至少满足下式时才应被判断为峰值:Ιη- μ > 3 σ 其中Ιη为该测点第η张照片的灰度信息，μ和σ分别为统计时间内该测点灰度信息的均值与标准差。6.根据权利要求1所述的测量方法，步骤c其特征在于，拓扑结构波峰检测时，波峰最小间距MINPEAKDISTANCE至少应满足: MINPEAKDISTANCE > kXv/20。【专利摘要】本专利技术涉及。具体指通过高速摄像机实时拍摄竖直平板上的液膜流动状况，图像上任意一点的灰度级反映了该点所对应流场上液膜表面的波动情况，连续拍摄的每一帧图片反映了表面波在时间域上的演化过程，灰度级变化规律的波峰可能是孤立波也可能来自毛细波的干扰。根据孤立波的特征，在波峰中检测出孤立波，从而测得孤立波频率。本专利技术不接触液膜，不会对液膜分布带来额外干扰，又可同时得到全流场信息，并且在改变雷诺数、沿程距离、光照强度等环境条件后依旧能准确得到孤立波点。【IPC分类】G01H9/00【公开号】CN105300504【申请号】CN201510141685【专利技术人】吴正人, 刘梅, 李子骏, 宋朝匣, 刘秋升, 郝晓飞 【申请人】华北电力大学（保定）【公开日】2016年2月3日【申请日】2015年3月30日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量平壁降液膜孤立波频率的方法，其方法步骤如下：a)使用高速摄像机对平壁上均匀铺展的降液膜演化过程进行连续拍摄，并记录流量、温度等，并将拍摄图像与参数传至计算机，包括：高速摄像机连续拍摄的每一帧图像、拍摄时采用的fps以及分辨率、拍摄区域在平壁高度方向上的位置等；b)选定测量点，读取测量点在每一帧图像上的灰度级，得到测量点灰度级随时间的变化关系，即灰度级在时间域上的拓扑结构；c)拓扑结构的峰值可能是孤立波也可能是毛细波，为排除毛细波的干扰，还需合理设置孤立波的最小间距、测量点的像素面积等；d)从拓扑结构的波峰中检测孤立波，从而得到孤立波频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正人，刘梅，李子骏，宋朝匣，刘秋升，郝晓飞，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13