單個氣泡在靜水中近壁區(qū)域運動規(guī)律的圖像測量研究.pdf

1、水氣兩相流動是自然和工程領(lǐng)域中一種重要的流動現(xiàn)象,水利及許多工業(yè)及工程領(lǐng)域若干關(guān)鍵問題都涉及近壁水氣兩相流動的研究。然而由于測量手段的限制,對氣泡在靜水中近壁附近運動規(guī)律的研究還很不充分,本文結(jié)合高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目,應(yīng)用數(shù)字圖像處理與分析技術(shù),研究上升氣泡與傾斜壁面的相互作用問題,初步探討了氣泡的變形,氣泡在壁面附近的反彈,滑移,黏附的特性和規(guī)律。主要研究內(nèi)容和成果有： (1)設(shè)計了試驗系統(tǒng)。為了獲得高質(zhì)量的圖像

2、,通過對白熾燈、發(fā)光二極管、鹵素?zé)艉图す獾榷喾N光源的分析和實拍比較,確定采用發(fā)光二極管作為光源,設(shè)計和制作了二極管陣列光源板。通過設(shè)置大的穩(wěn)壓氣胎和微調(diào)節(jié)閥,成功實現(xiàn)了等間隔釋放均勻氣泡。 (2)分析比較了多種數(shù)字圖像處理方法的優(yōu)缺點,結(jié)合氣泡圖像的特點,為符合常規(guī)首先對氣泡圖像求反,圖像的預(yù)處理確定采用靜止背景析出法,即將氣泡求反后的圖像減去利用靜止背景析出法生成的背景后得到的圖像,在圖像預(yù)處理時利用靜止背景析出怯生成的背景比

3、以往使用相機(jī)拍攝直接得到的背景要好；而圖像的處理即氣泡的提取則采用作者所編程序,利用最大類間方差閾值分割法對圖像進(jìn)行閾值分割。最大類間方差閾值分割法不受氣泡圖像的直方圖是否具有明顯雙峰的影響,為自動取閾值法,同時從分割的實際效果來看,最大類間方差閾值分割法也比其他方法要好,因此,本文最終選定最大類間方差閾值分割法為本文閾值確定方法對圖像進(jìn)行二值化處理。 (3)試驗獲得了氣泡的變形、氣泡的運動軌跡、氣泡沿傾斜壁面切向的上升速度以及

4、在傾斜壁面法向上的反彈速度等參數(shù)。分析了氣泡在壁面上黏附、滑移和反彈的特性和規(guī)律。 (4)結(jié)果表明：當(dāng)壁面水平放置時,氣泡黏附在壁面上；氣泡在壁面傾斜角度大于零時即開始沿壁面滾動滑移。當(dāng)氣泡沿傾斜壁面運動時,其形狀和大小不斷改變,當(dāng)氣泡質(zhì)心與壁面的距離小于其半徑時,此時氣泡的變形隨著壁面傾斜角度的增大而減小,氣泡與同一壁面碰撞前后的變形隨時間的變化是先由小到大然后再減小直至形狀基本恢復(fù)；氣泡沿傾斜壁面切向的上升速度隨著傾斜角度的