【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁冶炼，尤其涉及基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法及系统。
技术介绍
1、中间包是衔接钢水冶炼与凝固的冶金容器，在连铸过程中起着缓冲、分流、均匀成分温度和去除夹杂物等重要作用。这些冶金功能的效果取决于中间包结构及其相应的流动特性。为了生产出高品质的连铸坯，需要对中间包内的流动特性进行评价和优化。然而由于现场条件的限制，研究人员很难在连铸过程中进行直接测量，所以常常采用物理模拟和数学模拟来进行研究。
2、水模型实验是分析和讨论中间包内流动最常用的物理模拟方法，通过几何相似和动力相似，以相似比为桥梁建立起模型与原型间的联系。常用的研究方法有：1)通过“刺激-响应”的方式测量流体在中间包内的停留时间分布(residence time distribution,rtd)；2)通过粒子图像测速仪(particle image velocimetry,piv)直接测量中间包内某个或某几个平面的速度或通过激光多普勒测速仪(laser doppler anemometry,lda)直接测量中间包内某个或某几个点的速度；3)通过墨水示踪实验，直接显示中间包内流体的流动。墨水示踪实验的实验原理是通过在中间包入口处加入带有颜色的墨水，然后混有墨水的水溶液会随着水的流动而运动，进而能够展示出中间包内的流场，该方法具有实验成本低、操作方便、直观可视等优点。然而，现有的墨水示踪实验只是通过定性说明中间包内流体的流动状态来讨论的，如何进一步利用获得的墨水示踪实验数据进行数据挖掘，得到定量评价中间包内流动状态的评价指标是很
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法及系统，以中间包墨水示踪实验视频结果为研究对象，通过分析中间包内水溶液染色区域均匀程度及其变化，提取染色区域灰度方差随时间变化的特征曲线，进而获得评价中间包内混匀情况的特征指标。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，包括：
3、根据中间包的原型尺寸和连铸生产参数，构建水模型；
4、基于所述水模型进行实验，获取墨水示踪的视频数据；
5、提取所述视频数据中染色区域灰度方差随时间变化的特征曲线；
6、对所述特征曲线进行分析，获取中间包流场均匀性的分析结果。
7、可选地，构建所述水模型包括：
8、获取所述中间包的原型尺寸，所述原型尺寸包括：中间包长度宽度和深度、长水口内外径、长水口浸入深度、中间包出口直径、塞棒直径、湍流抑制器结构与尺寸、有无挡坝与挡墙、稳定浇铸时钢液高度；
9、基于所述连铸生产参数，获取原型中间包出口的钢水流量；其中，所述连铸生产参数包括：连铸坯断面尺寸和拉速；
10、预设水模型与原型尺寸之间的相似比；
11、基于所述相似比，将所述原型尺寸等比例处理，构建所述水模型。
12、可选地，构建所述水模型后还包括：
13、根据所述相似比，将所述钢水流量代入弗劳德准数，获取所述水模型的出口水流量；
14、基于所述水模型的尺寸和出口水流量，获取所述水模型的理论停留时间。
15、可选地，基于所述水模型进行实验包括：
16、调节所述水模型的水流量，使所述水模型内的水流处于稳定状态；
17、对所述水模型注入显性溶液；所述显性溶液包括：红墨水、蓝墨水、黑墨水或高锰酸钾溶液；
18、对所述水模型内水溶液由透明变为染色再变为透明的过程，进行视频采集，获取墨水示踪的所述视频数据。
19、可选地，调节所述水模型的水流量包括：
20、关闭所述水模型的出口，打开所述水模型的入口，将无色自来水注入到所述水模型内，当所述水模型内的液位达到稳态浇铸所对应的液位高度时，打开所述水模型的出口，并将出口的水流量调节为所述出口水流量，获取所述水模型的实时水流量，通过反馈调节，基于所述水模型内的液位保持不变来确定入口水流量，使所述水模型内的水流处于稳定状态。
21、可选地，提取所述视频数据中染色区域灰度方差随时间变化的特征曲线包括：
22、对所述视频数据进行预处理；
23、对预处理后的所述视频数据，计算染色区域内的灰度方差；
24、基于所述视频数据的拍摄帧率，构建染色区域内的所述灰度方差随时间变化的所述特征曲线；其中，所述特征曲线的横坐标为时间，所述时间由所述拍摄帧率转化获得，所述特征曲线的纵坐标为染色区域内的所述灰度方差。
25、可选地，对所述视频数据进行预处理包括：
26、将所述视频数据按照所述拍摄帧率，划分为对应每一帧的图像数据；
27、将第一帧的所述图像数据中的非研究区域进行涂色处理，使所述非研究区域为预设rgb值，剩余区域即为研究区域，获取所述研究区域和非研究区域的位置；
28、基于所述非研究区域的位置，对全部的所述图像数据进行所述涂色处理；
29、基于全部涂色后的所述图像数据，从前到后查找第一张在入口处出现墨水的图像，将出现墨水的图像的前一张图像定义为初始图像，并删除未出现墨水的图像；
30、获取所述初始图像的rgb值，将除所述初始图像外的剩余全部图像的rgb值均与所述初始图像的rgb值相减，获取新图像。
31、可选地，获取中间包流场均匀性的分析结果包括：
32、基于所述特征曲线，获取作为评价中间包流动均匀性的预设指标；
33、基于所述预设指标，完成中间包流场均匀性的评价分析。
34、可选地，所述预设指标包括：完全混匀时间、完全混匀程度、排空过程的最大不均匀程度和排空后期的不均匀程度；
35、所述完全混匀时间，为灰度方差峰值后的第一个极小值点所对应的时间，即纵坐标峰值后的第一个极小值点所对应的横坐标值，将所对应的横坐标值定义为所述完全混匀时间；
36、所述完全混匀程度，为灰度方差峰值后的第一个极小值点所对应的灰度方差，即纵坐标峰值后的第一个极小值点所对应的纵坐标值，将所对应的纵坐标值定义为所述完全混匀程度；
37、所述排空过程的最大不均匀程度，为所述完全混匀时间后的极大值点所对应的灰度方差，即所述完全混匀时间后的极大值点所对应的纵坐标值，将所对应的纵坐标值定义为所述排空过程的最大不均匀程度；
38、所述排空后期的不均匀程度，为2倍理论停留时间所对应的灰度方差，即2倍理论停留时间所对应的纵坐标值，将所对应的纵坐标值定义为所述排空后期的不均匀程度。
39、为实现上述目的，本专利技术还提供了基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析系统，包括：包括：构建模块、获取模块、提取模块和分析模块；
40、所述构建模块，用于根据中间包的原型尺寸和连铸生产参数，构建水模型；
41、所述构建模块构建所述水模型包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，构建所述水模型包括：
3.根据权利要求2所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，构建所述水模型后还包括：
4.根据权利要求3所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，基于所述水模型进行实验包括：
5.根据权利要求4所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，调节所述水模型的水流量包括：
6.根据权利要求1所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，提取所述视频数据中染色区域灰度方差随时间变化的特征曲线包括：
7.根据权利要求6所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，对所述视频数据进行预处理包括：
8.根据权利要求1所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，获取中间包流场均匀性的分析结果包括：
9.根据权利要
10.基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析系统，其特征在于，用于实施权利要求1-9任一项所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，所述系统包括：构建模块、获取模块、提取模块和分析模块；
...【技术特征摘要】
1.基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，构建所述水模型包括：
3.根据权利要求2所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，构建所述水模型后还包括：
4.根据权利要求3所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，基于所述水模型进行实验包括：
5.根据权利要求4所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，调节所述水模型的水流量包括：
6.根据权利要求1所述的基于墨水示踪实验评价中间包流场均匀性分析方法，其特征在于，提取所述视频数据中染色区域灰度方差随...
【专利技术属性】
技术研发人员：段豪剑，张立峰，李顶涵，陈威，任英，王举金，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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