颗粒相运动参数的光纤式高速摄影测量方法 - 东南大学学报.pdf

第４２卷第５期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．５ 　 ２０１２年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｓｅｐｔ．２０１２ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１２．０５．０２１ 颗粒相运动参数的光纤式高速摄影测量方法 张继彬　陆　勇　钟文琪　陈　曦　陈　瑜　任　冰　金保癉 （东南大学能源与环境学院，南京２１００９６） （东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京２１００９６） 摘要：介绍了一种用于测量稠密气固两相流颗粒相运动参数的光纤式高速摄影技术原理及其装 置的构建方法．首先，将光纤内窥镜布置在流场内被卤素灯照亮的测量区域，与高速摄像机配合 使用，获取颗粒群通过被测区时的运动视频，并对其进行图像预处理，使视频中的每帧图像清晰、 无畸变；然后，采用颗粒特征识别算法提取每帧图像上颗粒的瞬时速度，并进行概率分布统计，得 到表征颗粒流动特性的速度分布．利用该测量装置对一台截面直径为２００ｍｍ、高１５００ｍｍ的三 维喷动床进行了实验研究．测量结果表明，颗粒相垂直速度的径向分布曲线可以将颗粒在喷动床 轴向截面上的运动特性分为Ａ，Ｂ，Ｃ三个区域，其中Ａ区与Ｂ区的分界点是颗粒相速度为０的 点，也是喷动床内喷动区与环隙区的界面位置，这与相关文献的理论预测相吻合． 关键词：颗粒两相流；喷动床；光纤内窥镜；高速摄影；图像处理 中图分类号：ＴＫ３９　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１２）０５０９１００５ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｐｈａｓｅｍｏｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄｏｎｆｉｂｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ ＺｈａｎｇＪｉｂｉｎ　ＬｕＹｏｎｇ　ＺｈｏｎｇＷｅｎｑｉ　ＣｈｅｎＸｉ　ＣｈｅｎＹｕ　ＲｅｎＢｉｎｇ　ＪｉｎＢａｏｓｈｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｅｒｇｙＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｂｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ ｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｐｈａｓｅｍｏｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎａｄｅｎｓｅｐｈａｓｅｇａｓｓｏｌｉｄ ｆｌｏｗ．Ｆｉｒｓｔ，ａｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｅｎｄｏｓｃｏｐｅｉｓｉｎｓｅｒｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｒｅａｏｆａｄｅｎｓｅｐｈａｓｅｇａｓｓｏｌｉｄ ｆｌｏｗｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄｂｙｈａｌｏｇｅｎ．Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｒｏｓｓｉｎｇｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｒｅａａｒｅｉｍａｇｅｄｂｙａｈｉｇｈｓｐｅｅｄｉｎ ｄｕｓｔｒｉａｌｃａｍｅｒａ．Ｅａｃｈｉｍａｇｅｏｆｔｈｅｒｅｃｏｒｄｅｄｖｉｄｅｏｓｉｓｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｔｏｂｅｃｌｅａｒａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｎｏｉｓｅｒｅｍｏｖｉｎｇ．Ｔｈｅｎ，ｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓａｒｅｆｉｇｕｒｅｄｏｕｔｆｒｏｍａｓｅｒｉｅｓｏｆ ｉｍａｇｅｓｉｎｔｈｅｖｉｄｅｏｂｙｐａｒｔｉｃｌｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｐｈａｓｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓ ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｔｈｅｆｌｏｗｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｓｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｍ．Ｔｈｉｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ