刚立[1]2004年在《掺气水流气泡特征及图像处理方法研究》文中研究指明国民经济的高速发展要求兴建一大批大型的水电工程来满足能源需要,而大型水电工程中掺气水流是一普遍存在并且需要深入研究的问题。本文借助针式掺气浓度流速仪对陡槽中的掺气水流进行了测量,研究了掺气水流的流速、掺气浓度及气泡的分布规律。研究结果表明:掺气水流沿程发展过程中有一个高度的掺气浓度始终保持不变,大致位于掺气浓度C=40%处;在部分发展区的断面强迫掺气与自掺气的流速分布比较接近,而随着掺气过程的发展,叁者间的差别开始拉大而呈现出强迫掺气比自掺气情形流速高,强迫掺气中掺气挑坎情形较掺气槽情形流速为高;经过无量纲化后流速的分布显示出很高的相似性。对于同一断面,靠近槽底的测点气泡个数分布最大值出现在气泡尺寸小于1mm的范围内,朝水面方向各测点气泡个数分布最大值呈减小趋势,而其对应尺寸则呈现变大趋势;在靠近槽底,个数分布表现得比较集中,而在水面附近气泡个数分布曲线表现得低而平缓;实验条件下,整个断面上的气泡个数分布的最大值大体上出现在尺寸为0.5mm的地方;气泡平均尺寸在槽底处接近于0而朝水面方向迅速增大,且越接近掺气水流的水面,增加速度越快,最终趋于无穷大;气泡总数在掺气发展区内是沿程增加的,当掺气水流发展到一定程度后气泡总数就基本保持不变了;在同一断面上,各测点单位时间内的气泡总数随高度呈现出先增加后减小的趋势。同时,对图像处理技术在气泡特征研究中的应用做了探讨。在Ostu最大类间方差法的基础上提出了改进方法,开发了人机交互的局部分割与拼合系
李静, 周赤, 姜伯乐[2]2012年在《基于数字图像处理的掺气水流气泡分布研究》文中进行了进一步梳理通过试验室研究,借助高速数码摄像机,结合VC高级编程技术,开发掺气水流气泡分析软件,提出一种自动识别水气两相流中气泡的数字图像处理方法,为图像处理技术与水气两相流实测研究相结合的尝试和探索。研究成果将提高对高速水流掺气机理的认识,为今后进一步深入研究图像处理技术在水流流场特别是高速水气两相流流场测量中的应用打下良好的基础,对提高掺气浓度的测量水平和精度,进而提高水力模型试验水平、满足工程设计要求等都具有较高的学术意义和实用价值。
胡永亭[3]2009年在《基于图像测量方法的泄洪洞反弧段掺气水流流场的研究》文中指出水气两相流动是一种最复杂的两相流动,因为它具有可变形的界面和一个可压缩的气相,目前对这类流动的研究非常多,但由于其难度大和受实验手段的限制,一直发展不快。近年来,数字图像测量技术因其具有高灵敏度、高分辨率、非接触性等优点,已成为测量领域中一个新的研究热点。本文结合雅砻江高水头泄洪洞的掺气水流问题,利用图像测量方法对掺气水流流场进行研究。主要研究内容和成果有：(1)应用数字图像处理技术对实际拍摄的水气两相流图像进行处理,将气泡提取出来。采用标签法对气泡进行标记,通过计算获取流场中不同时刻气泡的个数、大小及形心坐标等参数。(2)本文在VC／C++环境下,对四种PTV算法编程实现了粒子的配对,这四种算法分别为PCSS算法、基于粒子群体运动特征的PTV算法、基于粒径配对度和形变配对度的PTV算法和4-FRAME法。本文研究了各算法中参数设定对计算精度,计算速度等的影响,并比较了四种PTV算法的匹配率、误匹配率及运算时间,分析了四种算法的特点及适用性。(3)本文结合基于粒子群体运动特征的PTV算法、4-FRAME法,及基于粒径配对度的PTV算法,提出了一种新的PTV跟踪算法,试验结果表明,该算法能处理气泡的合并、破裂等特殊情况,从而能更精确地对气泡进行跟踪。(4)本文采用图象测量方法对高水头泄洪洞反弧段流场进行了测量。通过计算,获得了水相及气相的切向速度和径向速度沿断面的变化规律；获得了近壁区域气泡的沿程衰减规律。计算结果表明,直径较大的气泡上浮速度比直径较小的气泡上浮速度快,且滞后速度大,说明大气泡更不容易运动到反弧末端,因此,反弧末端的底板和侧墙主要依靠直径较小的气泡保护。文章给出了不同位置气泡的粒径分布规律及泄洪洞内各断面气泡大小与滑移速度关系曲线,这有助于从微观上深入理解掺气减蚀的机理以及认识掺气减蚀的保护作用。
钱学明[4]2004年在《掺气水流特性的图像测量方法》文中进行了进一步梳理近年来，随着计算机技术和图像处理技术的蓬勃发展，图像测量作为一种非接触的、无损的测量方法，在掺气水流特性的研究中受到广大科研工作者的青睐。 本课题来源于国家自然科学基金项目(NO.50079020)，使用图像测量技术对掺气水流的特性的测量方法进行研究。本文首先对研究该课题中所构建的一个实验系统进行介绍，从实验系统的构建得出满足图像测量要求的环境设计。 由于掺气水流中的气泡的和水都是无色透明的，这使得拍摄到的气泡图像存在对比度低，并且存在光照不均的影响，为了解决光照对分割结果的影响，达到高精度提取气泡的目的，本文提出了两种图像分割方法。第一种图像分割方法是基于局部分块的图像自适应阈值分割方法。首先将图像均匀地分割成若干子块，对每个图像子块，采用不同阈值进行气泡提取；然后对不同分块所获得的结果进行综合，获得最佳的气泡提取效果。第二种图像分割方法是，基于自适应局部区域划分的阈值分割方法。这是一种双层动态阈值法。在第一层中，用基于局部方差得出每个气泡所在的局部区域；在第二层中，对在第一层中所得出的局部区域采用独立的阈值分别进行气泡的提取处理，因为局部区域只包含邻近的一个或者几个目标物，所以这种方法可以有效地减小不同目标物之间的亮度干扰，达到了高精度分割的要求。 一般说来，图像分割无法判断所获得的气泡区域是否存在粘连并对其进行分西安理工大学硕士学位论文离，所以本文采用对日标物的轮廓进行投影检测来寻找气泡粘连处的凹点，并对凹点进行配对以获得粘连气泡的分离点对。然后，通过基于分离点对约束的椭圆拟合出来的二次曲线作为分离线，这样有效地补偿了粘连部分气泡的面积，从而使得测量的精度进一步提高。 根据气泡在图像平面中的面积估计气泡的体积，并对流场中的所有气泡采用遗传算法进行最佳的匹配跟踪，有效地解决了气泡群在流场中出现如遮挡、交又、新 它‘出现、逃逸等复杂情况下的准确跟踪，并采用叁次样条插值方法对离散的质心点轨迹进行拟合，得到气泡在流场中平滑的运动轨迹，从而实现了掺气水流特性的可视化测童。
邵建斌[5]2004年在《水中气泡运动图像测量方法研究》文中进行了进一步梳理本文围绕掺气多相流中气泡的图像测量方法进行了系统而深入的理论和实验研究。该研究工作得到了国家自然科学基金的资助。 应用数字图像处理方法对水气固叁相流图像进行处理，将其中的分散相分别提取出来，计算得出瞬时图像范围内的气泡个数、粒子个数，气相所占流动截面比等参数；分析了图像增强、图像分割、图像分析等方法在多相流图像测量上的作用以及气泡图像处理中存在的问题。 作者与他人合作设计构建了一套水气两相流图像测量实验系统，详细分析了气泡图像实验的各种影响因素，为后续研究提供了前提条件。 首次提出了气泡图像的评价量化方法，并通过对比实验，得到了最佳的水气两相流照明方案。 对于清晰的高分辨率气泡图像，本文提出了一种新的气泡边界识别方法，能够自动地得到气泡的闭合边界。由于这种方法对图像噪声不敏感，因此具有一定的鲁棒性。摘要 对于有复杂背景的多气泡图像，本文提出了一种基于动态图像处理的新方法，该方法能自动地提取出背景图像，一定程度上解决了光源不稳定、光照不均匀、玻璃壁面有划痕、水珠等原因带来的噪声致使气泡图像难以识别的问题。应用该方法对复杂多气泡图像进行处理无论在效率上还是准确度方面都比采用单幅图像分割方法先进。 采用PIV测速的两种基本方法对气泡图像进行处理研究，得到了较好的结果，同时分析其使用方法及不足之处。对于气泡间基本不重迭的情况，本文提出了一种P丁V算法，得到了精确的气泡运动速度。同时对气泡的体积进行了计算。
刘荣丽, 戴光清, 陈刚[6]2003年在《数字图像处理技术在掺气浓度测量中的应用研究》文中进行了进一步梳理结合掺气水流的特点,采用一种迭代法确定图像最佳阈值,提出计算掺气浓度的图像处理算法,由此计算的掺气浓度精度令人满意,并通过实验验证了其可靠性,从而为数字图像处理技术在高速水力学中的应用做出了成功的探索。
王尧[7]2013年在《陡槽底部掺气特性试验研究及数值模拟》文中研究说明为满足国民经济发展对电力供应和水资源综合利用的迫切需求,高坝工程建设日益增多,而随之带来的泄水建筑物空蚀破坏问题也越发凸显。工程实践证明掺气减蚀是一项形式简单、运行可靠的有效防蚀技术,但因涉及水、气两方面,对其机理和过程尚不甚清楚。本文采用物理模型试验结合数值模拟计算,对室内陡槽掺气特性进行探索性研究,有助于进一步认识掺气减蚀的机理和规律。模型试验,结合工程实际确定掺气设施布置,并使用单因素轮换法,设计七十五种不同工况。每种工况下分别对水深、流速、空腔长度、掺气浓度进行量测,以分析讨论掺气水流特性、掺气空腔特性、掺气浓度、掺气保护长度等内容。掺气减蚀技术研究中,空腔长度是非常重要的方面,其决定着掺气量及掺气设施的有效防蚀范围。试验结果表明：掺气坎体型确定,流量增大,空腔长度增加,但流量增大到一定程度,空腔长度增加微乎其微,趋于极值；其它条件恒定,坎高越高,空腔长度越大,但坎高应有一定的限制范围,过高易致空腔积水影响掺气；在不同流量或坎高下,空腔长度均随通气孔半径增大而增大,不过往后增幅减缓,通气孔半径达一定尺寸,空腔长度将不再增大。掺气浓度的变化情况,是确定掺气设施有效保护长度的重要判据。本文分别就不同流量、不同坎高、不同通气孔半径下,分析了近底处掺气浓度沿程变化情况以及若干测量断面分布情况,得出：射流水舌落点附近,近底处掺气浓度较高,几乎达到极值,之后沿程剧减,至一定距离时,近底处掺气浓度衰减速率明显放慢；而测量断面掺气浓度沿水深方向多呈“S”型曲线分布。据此,提出一种以空腔长度作为动态量度单位的掺气保护长度的经验估算方法。之后,本文选用适合混合相流动的欧拉模型,对陡槽掺气特性进行叁维数值模拟。模拟计算用非结构化网格划分计算域,非恒定流一阶隐式迭代求解。模拟出部分工况下的掺气水流流态、流速分布、空腔特性、掺气浓度分布等,通过与试验结果对比分析,发现吻合较好,少数略有出入。
况曼曼[8]2016年在《基于掺气水流的窄缝挑坎水力特性研究》文中指出窄缝挑坎已广泛应用于水利水电工程消能设计中,但由于窄缝收缩段水流流速高、叁维特性强、影响因素复杂等,理论上尚未提出普适性的相关水力计算方法,主要依据水工模型试验及在此基础上提出的相关经验公式进行设计计算。对于高水头、长流程的溢洪道或明流洞,由于高速水流底部强制掺气和水流表面自掺气的充分发展,有的窄缝挑坎段的水流含气量较高,甚至出现掺气均匀流;而在常规水工模型试验条件下,由于模型试验的缩尺效应,模型窄缝挑坎段的水流掺气却很低。水流掺气充足对窄缝挑坎段的水力特性会产生怎样的影响,目前对其研究不足,所以对基于掺气水流的窄缝挑坎水力特性的研究很有必要。本项目以窄缝挑坎水力特性为研究重点,采用水工模型试验方法,通过人工掺气的方式,使模型窄缝收缩段的水流形成掺气均匀流,研究不同掺气浓度的水流在窄缝挑坎中的各水力参数特性,分析水流掺气浓度对相关水力参数特性的影响及内在联系。主要研究成果包括:(1)在水流不掺气条件下,研究了叁种不同窄缝收缩体型(收缩比β为0.2、0.25、0.3)和不同来流条件下(Fr为5.7~8.8)的窄缝边墙及底板动水压力、边墙水面线、水舌空中运动轨迹及挑距等水力特性及其变化规律。(2)当来流为水气混合均匀流时,研究了窄缝挑坎在不同掺气浓度条件下的动水压力、边墙水面线、水舌空中运动轨迹及挑距等,揭示水流掺气浓度对窄缝挑坎相关水力特性的影响规律。(3)通过对窄缝挑坎在不同掺气浓度与不掺气水流条件下相关水力特性的对比试验及综合分析,提高了对窄缝挑坎在水流充分掺气条件下相关水力特性及其变化规律的认识,研究成果对丰富和完善窄缝挑坎设计理论有重要的实际意义。
邵东超, 陈先朴, 西汝泽, 蔡华[9]2001年在《泄洪洞掺气水流模型试验研究》文中研究说明通过1∶20大比尺掺气水工模型试验,对小浪底3号孔板泄洪洞中闸室流态、通风情况、压力、掺气浓度等进行了观测和研究成果表明,泄洪洞在正常运行情况下,通气情况良好,但侧空腔较小,导水板下方及稍后部位存在掺气浓度为零的清水区域,该部位极易产生空蚀破坏;在中闸室范围内底部水流掺气已具有一定减蚀保护作用
参考文献：
[1]. 掺气水流气泡特征及图像处理方法研究[D]. 刚立. 四川大学. 2004
[2]. 基于数字图像处理的掺气水流气泡分布研究[J]. 李静, 周赤, 姜伯乐. 水利水电技术. 2012
[3]. 基于图像测量方法的泄洪洞反弧段掺气水流流场的研究[D]. 胡永亭. 西安理工大学. 2009
[4]. 掺气水流特性的图像测量方法[D]. 钱学明. 西安理工大学. 2004
[5]. 水中气泡运动图像测量方法研究[D]. 邵建斌. 西安理工大学. 2004
[6]. 数字图像处理技术在掺气浓度测量中的应用研究[J]. 刘荣丽, 戴光清, 陈刚. 四川大学学报(工程科学版). 2003
[7]. 陡槽底部掺气特性试验研究及数值模拟[D]. 王尧. 昆明理工大学. 2013
[8]. 基于掺气水流的窄缝挑坎水力特性研究[D]. 况曼曼. 长江科学院. 2016
[9]. 泄洪洞掺气水流模型试验研究[J]. 邵东超, 陈先朴, 西汝泽, 蔡华. 水利水电技术. 2001