一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，包括：获取水平通道内蒸汽凝结流动的图像；对图像进行二值化处理，获得相应的二值化图像；提取二值化图像中的汽液界面轮廓；根据汽液界面轮廓确定水平通道内液面的等效液面高度曲线；基于等效液面高度曲线以及水平通道的数据确定截面含气率。本发明专利技术采用图像采集单元采集水平通道内的两相流型，并采用MATLAB进行图像识别与处理算法，兼备实时性和准确性，且成本较低，能够较为便捷地实现汽液两相流动截面含气率的无接触在线测量。现汽液两相流动截面含气率的无接触在线测量。现汽液两相流动截面含气率的无接触在线测量。

【技术实现步骤摘要】
一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法


[0001]本专利技术涉及换热设备
，特别涉及一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法。

技术介绍

[0002]水平通道内的蒸汽凝结两相流动工况常见于核电、制冷、动力工程及石化工业中带相变的换热设备(如蒸发器、冷凝器)中。由于水平通道内汽液两相受到垂直于流动方向的重力而引起流动形态的不对称性，故而水平通道内的两相流动往往比较复杂。
[0003]水平通道内的蒸汽凝结两相流动的特性参数众多，截面含气率因其能够确定汽液两相流型、分相流量和通道内压降而成为研究热点，但是，截面含气率的准确测量却是一直困扰人们的难题。现有常见的蒸汽凝结流动截面含气率的测量方法包括：快关阀门直接测量法、电导探针法、电容法、电阻层析成像法和光纤探针法等。快关阀门直接测量法需要肉眼直接读数，因而误差较大；电导探针法受环境温度影响较大，且会干扰流场，也存在误差大的问题；电容法不适用于两相流中导电介质为连续相的情况，而蒸汽即为导电介质；电阻层析成像法对设备和算法的要求较高，故而成本较高且应用不便；光纤探针法虽准确度高于电导探针法，但是存在“滞后效应”，也无法实现瞬时数据的有效测量。
[0004]综上，针对水平通道内蒸汽凝结两相流动截面含气率的测量，寻求一种兼备准确性、实时性、低成本的在线测量方法极有必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，用以解决现有技术中的测量方法存在准确度、实时性和成本等方面的问题。r/>[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，包括：
[0007]获取水平通道内蒸汽凝结流动的图像；
[0008]对图像进行二值化处理，获得相应的二值化图像；
[0009]提取二值化图像中的汽液界面轮廓；
[0010]根据汽液界面轮廓确定水平通道内液面的等效液面高度曲线；
[0011]基于等效液面高度曲线以及水平通道的数据确定截面含气率。
[0012]本专利技术中的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，具有以下优点：
[0013]采用图像采集单元采集水平通道内的两相流型，并采用MATLAB进行图像识别与处理算法，兼备实时性和准确性，且成本较低，能够较为便捷地实现汽液两相流动截面含气率的无接触在线测量。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术实施例提供的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法的流程图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法的流程图。本专利技术实施例提供了一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，包括：
[0018]步骤1，获取水平通道内蒸汽凝结流动的图像。
[0019]示例性地，可以将图像采集单元设置在正对水平通道的位置，通过该图像采集单元获取水平通道内蒸汽凝结流动的图像。
[0020]在本专利技术的实施例中，图像采集单元可以采用高速摄像机，例如德国PCO公司的dimax S4型高速摄像机，该摄像机采集的图像为灰度图像。进一步地，在测量场地的光照环境不佳时，可以在水平通道附近设置照明单元，该照明单元可以采用LED冷光源，以对水平通道进行补光，提高图像的清晰度。
[0021]步骤2，对图像进行二值化处理，获得相应的二值化图像。
[0022]示例性地，在对图像进行二值化处理之前，本专利技术需要提高图像的饱满度，具体可以采用PhotoShop中的HDR(High Dynamic Range，高动态范围)滤镜功能对图像进行处理。
[0023]对图片进行饱满度处理后，可以将其导入MATLAB软件，并利用通过MATLAB的编辑器编写的图像二值化处理脚本进行二值化处理。在对图像进行二值化处理之前，还可以在二值化处理脚本中插入边界标记函数，通过该函数可以将图像中的单一噪点和远离页面的孤立气泡标记出来，进而将其过滤掉。完成对图像中噪点和气泡的过滤后，再由二值化处理脚本根据设定的阈值对图像进行二值化处理，获得二值化图像。
[0024]步骤3，提取二值化图像中的汽液界面轮廓。
[0025]示例性地，步骤3具体包括：在二值化图像中设置坐标轴；提取横坐标轴上每个横坐标对应的所有黑色像素点对应的纵坐标；根据每个黑色像素点的纵坐标确定每个横坐标对应的纵坐标算术平均值；将所有纵坐标算术平均值对应的像素点连接起来，获得汽液界面轮廓。
[0026]步骤3可以在MATLAB中利用编写的循环语句执行，获得每个横坐标对应的纵坐标算术平均值y
平均
。
[0027]步骤4，根据汽液界面轮廓确定水平通道内液面的等效液面高度曲线。
[0028]示例性地，步骤4具体包括：根据水平通道的实际高度与汽液界面轮廓的比例确定等效液面高度；将所有等效液面高度对应的像素点连接起来，获得等效液面高度曲线。
[0029]由于汽液界面轮廓为坐标系中的曲线，和实际的水平通道不存在数据上的对应关
系，因此当水平通道的实际高度为H时，等效液面高度可以通过公式：h
等效
＝H(y
平均
/y
最大
)来确定，其中y
最大
为汽液界面轮廓中纵坐标的最大值，通过该公式即可确定液面在水平通道中的实际高度。基于以上公式，通过MATLAB软件中的GRABIT功能，即可对汽液界面轮廓上的每个横坐标逐一进行处理，进而得到所有横坐标对应的等效液面高度，将所有等效液面高度对应的像素点连接起来，即可得到等效液面高度曲线。
[0030]步骤5，基于等效液面高度曲线以及水平通道的数据确定截面含气率。
[0031]示例性地，步骤5具体包括：对等效液面高度曲线中所有横坐标对应的纵坐标进行算术平均，获得相应的平均液面高度；获取水平通道的几何数据；根据几何数据确定水平通道的截面积；根据几何数据以及平均液面高度确定蒸汽所占空间的截面积；确定两个截面积的比值，获得截面含气率。
[0032]进一步地，平均液面高度为一帧图像中液面的平均高度，在确定截面含气率时，还需要考虑水平通道内的流型，根据水平通道的几何数据以及流型的几何数据确定截面含气率α＝A
汽
/A
通道
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，其特征在于，包括：获取水平通道内蒸汽凝结流动的图像；对所述图像进行二值化处理，获得相应的二值化图像；提取所述二值化图像中的汽液界面轮廓；根据所述汽液界面轮廓确定水平通道内液面的等效液面高度曲线；基于所述等效液面高度曲线以及水平通道的数据确定截面含气率。2.根据权利要求1所述的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，其特征在于，在对所述图像进行二值化处理之前，还包括：提升所述图像的饱满度。3.根据权利要求1所述的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，其特征在于，在对所述图像进行二值化处理之前，还包括：过滤所述图像中的噪点和气泡。4.根据权利要求1所述的一种水平通道内蒸汽凝结流动截面含气率测量方法，其特征在于，所述提取所述二值化图像中的汽液界面轮廓，包括：在所述二值化图像中设置坐标轴；提取横坐标轴上每个横坐标对应的所有黑色像素点对应的纵坐标；根据每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔丽洁，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：