基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108020168A(43)申请公布日2018.05.11(21)申请号201711181225.1(22)申请日2017.11.23(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人佘文轩郭春雨吴铁成骆婉珍郐云飞林健峰宋科委(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统及测量方法(57)摘要本发明提供的是一种基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统及测量方法。水下三维流场测量模块由两台高速相机、波长532nm激光器以及相应的滤光镜、激光导光臂、水下水密雷体、水动力导流翼型片体组成；空气流场三维测量模块由两台高速相机、波长1064nm激光器以及相应的滤光镜、激光导光臂、流线型舱体、空气导流翼型片体组成。在得到液体的三维速度矢量和气体的三维速度矢量后，数据处理系统依据自由液面轮廓将近自由液面气液两相流场进行合成，得到近自由液面气液两相流场的三维速度矢量，进而进行流体力学分析。本发明将三维流场测量系统模块化设计，便于安装，能够获得全局、丰富的两相流流场信息。CN108020168ACN108020168A权利要求书1/2页1.一种基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统，其特征是：包括水下流场三维测量模块、空气流场三维测量模块、相机同步装置以及粒子图像处理系统；所述水下流场三维测量模块包括两台液相高速相机、一台波长532nm激光器以及相应的532±10nm滤光镜、激光导光臂Ⅰ、水下水密雷体、水动力导流翼型片体；所述空气流场三维测量模块包括气相两台高速相机、一台波长1064nm激光器以及相应的1064±10nm滤光镜、激光导光臂Ⅱ、流线型舱体、空气导流翼型片体；所述相机同步装置由同步器构成，用于同步水下流场三维测量模块中两台液相高速相机和空气流场三维测量模块中两台气相高速相机的拍摄速率和拍摄时间，使四台高速相机拍摄的图像对是同一时间轴的；所述粒子图像处理系统对粒子图像进行自由液面特征提取、粒子图像分割与合成以及粒子图像互相关运算。2.根据权利要求1所述的基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统，其特征是：水下流场三维测量模块中的532nm激光器和空气流场三维测量模块中的1064nm激光器发出的激光片光处于同一平面，片光厚度不大于1mm，聚焦于近自由液面附近的气液两相待测区域。3.根据权利要求1或2所述的基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统，其特征是：水下流场三维测量模块中两台液相高速相机和空气流场三维测量模块中两台气相高速相机分别从待测区域的右前方和右后方以一定的倾斜视角对同一测量区域进行观测，并且这四台高速相机的分辨率与时间解析能力相同。4.根据权利要求1或2所述的基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统，其特征是：水下水密雷体的外形为流线型。5.根据权利要求3所述的基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统，其特征是：水下水密雷体的外形为流线型。6.一种利用权利要求1所述的基于粒子图像测速的近自由液面气液两相流场三维测量系统的测量方法，其特征是：液相中布撒密度与水相近的示踪粒子，气相中布撒密度与空气相近的示踪粒子，在进行近自由液面气液两相流场测量时，水下流场三维测量模块处于自由液面的下方，波长532nm激光器发出532nm波长的激光，由激光导光臂Ⅰ将激光导入水下水密雷体中，经过片光源，形成具有上扬角度的532nm激光片光，该片光首先照亮水下流场中的密度与水相近的示踪粒子，接着经过自由液面的折射照亮上方空气流场中的密度与空气相近的示踪粒子；同时，水下水密雷体中配有532±10nm滤光镜的两台液相高速相机对测量区域中被532nm激光照亮的密度与水相近的示踪粒子和密度与空气相近的示踪粒子进行记录，得到示踪粒子照片Ⅰ，所述示踪粒子照片Ⅰ中只有密度与水相近的示踪粒子代表真实的测量区域液体流体质点，空气流场三维测量模块处于自由液面的上方，波长1064nm连续激光器发出1064nm波长的激光，由激光导光臂Ⅱ将激光导入下方流线型舱体中，经过片光源，形成具有下俯角度的1064nm激光片光，该片光首先照亮空气流场中的密度与孔相近的示踪粒子，接着经过自由液面的折射照亮下方水流场中密度与水相近的示踪粒子，流线型舱体中配有1064±10nm滤光镜的两台气相高速相机对测量区域中被1064nm激光照亮的密度与空气相近的示踪粒子和密度与水相近的示踪粒子进行记录，得到示踪粒子照片Ⅱ，所述示踪粒子2CN108020168A权利