一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法及装置，基于旋涡的间接测量方法，对旋涡涡核周围流场的状态进行实时测量，采用有色塑料小球在盛水容器排水过程中的运动模拟自由汇流旋涡涡核的流动状态；采用高清图像识别检测方法，采集排水过程的实时图像并进行处理，提取有色塑料小球在旋涡发生后的空间位置、周向旋转速度以及旋涡出流口流量信息，通过自适应特征融合算法获得有色塑料小球实时三维空间位置；采用图像运动模糊算法获得所述塑料小球周向速度的测量；在页面上数字化显示自由汇流旋涡流场信息，绘制涡核附近流场的周向旋转速度、涡核实时位置、排流口流量数据信息，为面向自由汇流旋涡演化过程中流场研究提供技术依据。供技术依据。供技术依据。

【技术实现步骤摘要】
一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及工程流体过程检测、识别与控制
，具体涉及一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法及装置。

技术介绍

[0002]汇流旋涡演化过程中，会卷吸表层流体介质和固体颗粒，是一个复杂的多场耦合动力学问题，其较强的气液固抽吸耦合作用会引起出流口流量不稳定、卷吸表面杂质、非线性压力脉动，给工业生产过程造成诸多不利影响。在液体火箭燃料系统中，流体旋涡的存在导致旋涡夹气现象会造成燃烧不稳定和高昂的成本。在冶金连铸过程中，氧化剂和杂质在高温下混合发生反应，产生浮于钢液上的钢渣，旋涡卷吸、波动等相互作用诱发较强的扰动反应和不规则压力脉动，严重影响钢水的纯洁度和钢材质量，造成工业生产事故和重大经济损失。
[0003]研究旋涡演化机理并加以控制是航空、冶金、核电等重要领域高效、安全、可持续生产的重要保障，对连铸过程浇注改进、核电分离状态监控、航空燃料系统供给稳定等具有重要的应用价值和实际意义。它可以有效地提高火箭动力系统的燃烧质量，核电能源转化效率，潮汐能发电设备的使用寿命，以及冶金原材料的纯度、收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法，基于自由汇流旋涡涡核流场测量装置，其特征在于：包括如下步骤：1)基于旋涡的间接测量方法，对旋涡涡核周围流场的状态进行实时测量，采用有色塑料小球在流体容器排水过程中的运动模拟自由汇流旋涡涡核的流动状态；2)采用高清图像识别检测方法，采集排水过程的实时图像并进行处理，提取有色塑料小球在旋涡发生后的空间位置、周向旋转速度以及旋涡出流口流量信息，通过自适应特征融合算法获得有色塑料小球实时三维空间位置；3)采用图像运动模糊算法获得所述塑料小球周向速度的测量；4)数字化显示自由汇流旋涡流场信息，绘制涡核附近流场的周向旋转速度、涡核实时位置、排流口流量数据信息。2.根据权利要求1所述的一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法，其特征在于：所述旋涡的间接测量方法是在满足旋涡演化的前提下，自由汇流漩涡的形成及演化过程会产生较强的流体抽吸作用，悬浮于水面的有色塑料小球会被所述流体抽吸作用驱动并吸入下沉形状的涡核中并随涡核作高速旋转运动，有色塑料小球的运动状态与位置间接反应涡核附近流场的运动速度和实时位置。3.根据权利要求1所述的一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法，其特征在于：所述的自适应特征融合算法，捕获双位置相机同一时刻的图像数据，对其进行图像识别，获取有色塑料小球在各自相机上的空间位置，基于自适应融合策略实现特征在三维空间上的融合。4.根据权利要求1所述的一种自由汇流旋涡涡核流场测量方法，其特征在于：所述图像运动模糊算法，在相机快门开启过程中，由于有色塑料小球的旋转运动，相机所捕获图像呈现运动模糊效果；基于图像运动模糊算法对模糊图像上的模糊条纹进行分析，根据测速环极坐标图像的水平运动模糊程度、相机快门速度以及所捕获图像表面测量区域的外边界半径值计算出所述有色塑料小球的瞬时转速。5.一种自由汇流旋涡涡核流场测量装置，其特征在于：包括机械传动与流体输送子系统、图像采集子系统、流量检测子系统及控制子系统；所述的机械传动与流体输送子系统，用于提供不同强度的汇流旋涡形成所需要的周向速度以及作为漩涡演化过程中流体输运的载体；所述的图像采集子系统，通过图像采集卡控制双位置相机采集旋涡演化过程中的图像数据，所述双位置相机包括水平与竖直方向有色塑料小球图像数据信息，将采集的图像信息实时发送到控制子系统中的图像存储区中；所述的流量采集子系统包括出流口流量采集与数据处理，通过对流量数据滤波、调制，分离高频干扰，实现对汇流旋涡出流口流量的实时检测；所述控制子系统，包括图像识别、双相机图像数据融合、数据计算与数据可视化，实现对汇流旋涡涡核周向速度、轴向速度、三维空间位置以及出流口流量的测量结果实时显示。6.如权利要求5所述的一种自由汇流旋涡涡核流场测量装置，其特征在于：所述机械传动与流体输送子系统包括铝型材支撑架、流体容器、周向速度供给装置及流体输运装置；所述的流体容器包括圆柱筒、带开关阀的排流管及储水池；所述圆柱筒的底部中心开设有螺纹孔，所述排流管通过螺纹安装在所述的圆柱筒底部，所述的圆柱筒安放在所述周向速度供给装置上；所述圆柱筒用于盛放实验流体，流体通过所述排流管流入所述储水池
中，实现实验流体排流过程；所述周向速度供给装置包括向心轴承、推力轴承、旋转盘、传动齿轮及减速电机；所述旋转盘偏心位置开设若干圆形排流孔，实现在不同偏心率下的流场数据检测；所述旋转盘通过所述向心轴承安装在所述装置固定架上，所述旋转盘与所述装置固定架之间安装有所述的推力轴承，所述传动齿轮包括安装在旋转盘外的从动齿轮和电机输出轴上的主动齿轮，所述主动齿轮与所述电机输出轴相连，所述从动齿轮采用外齿轮圈紧密固定在所述旋转盘外圆周上，实现对圆柱筒容...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭大鹏，杨远山，李霖，谭云峰，王彤，王承彦，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：