气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法及其测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法及其测量装置，采用高速相机，连续拍摄液滴的变形、破碎、运动过程图像，并结合数字图像处理程序，对其进行处理，获得详细的液滴变形、破碎特性研究中的相关参数。通过数字图像处理技术将之前只有通过高速相机与全息显微照设备同时使用的实验系统才能获得的液滴破碎特性参数，简化为只需高速相机就可获得的实验系统，有效的简化了当前液滴变形、破碎特性研究的实验系统，提高了数据处理的效率。为液滴二次破碎机理研究提供了一种结构简易、便于操作新的测量装置。
【专利说明】气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法及其测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液滴特性试验领域，具体是一种气流中单液滴变形、破碎过程特性测 量方法及其测量装置。
【背景技术】
[0002] 在喷雾系统中，液滴的二次破碎在增加气液间有效接触面积与强化气液间的传 热、传质方面起着及其重要的作用。对迄今为止公布的文献资料，主要通过高速相机捕获液 滴的变形、破碎过程，通过全息显微照测量液滴的速度、尺寸分布，为获取详细参数信息，一 般将两种设备同时使用，因此实验系统结构比较复杂、操作难度较大、测量成本较高。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有技术高速相机和全息显微照同时使用，实验系统结构比较复 杂、操作难度较大、测量成本较高的问题，为单液滴破碎特性研究提供一种新的测量方法及 其测量装置，简化了实验系统结构、降低了操作难度与测量成本。
[0004] 本发明提供的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法包括以下步骤： 1) 打开压气机，调节气流流量； 2) 打开加热段电源开关，将气流加热； 3) 打开液滴发生器，在气流中产生的液滴； 4) 打开高速相机捕获液滴变形、破碎过程图像数据； 5) 将获得液滴初始时刻的实验图像导入数字图像处理程序，采用分段线性灰度变换处 理技术（GST)对实验图像进行灰度化处理，并对灰度化后的图像进行像素比例标定； 6) 将液滴由球形变成扁球形的实验图像按时间顺序依次导入数字图像处理程序，并对 每幅图片进行垂直气流方向的液滴变形长度像素取值，对导入程序的图像进行批量处理， 获得液滴的变形特性参数； 7) 将液滴变形过程的图片按时间顺序依次导入到数字图像处理程序中，依次对液滴水 平位移进行像素长度记录，结合两幅图片之间的时间间隔，利用公式V = S/t计算液滴瞬 时速度、公式a = 〇2-vf)/t计算液滴瞬时加速度、公式
【权利要求】
1. 一种气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 打开压气机，调节气流流量； 2) 打开加热段电源开关，将气流加热； 3) 打开液滴发生器，在气流中产生的液滴； 4) 打开高速相机捕获液滴变形、破碎过程图像数据； 5) 将获得液滴初始时刻的实验图像导入数字图像处理程序，采用分段线性灰度变换处 理技术对实验图像进行灰度化处理，并对灰度化后的图像进行像素比例标定； 6) 将液滴由球形变成扁球形的实验图像按时间顺序依次导入数字图像处理程序，并对 每幅图片进行垂直气流方向的液滴变形长度像素取值，对导入程序的图像进行批量处理， 获得液滴的变形特性参数； 7) 将液滴变形过程的图片按时间顺序依次导入到数字图像处理程序中，依次对液滴 水平位移进行像素长度记录，结合两幅图片之间的时间间隔，获得液滴瞬时速度、瞬时加速 度、液滴变形各阶段的曳力系数； 8) 选取液滴完全破碎后的实验图像，并将其导入数字图像处理程序中，对其进行灰度 处理、边缘查找处理后，获得液滴尺寸分布图，获得各液滴空间坐标位置、不同直径的液滴 数目分布以及单液滴完全破碎后索太尔平均直径； 9) 在步骤7)的处理基础上，将相邻两幅实验图像中各液滴的空间位置数据进行处理， 获得各尺寸液滴的瞬时速度； 根据权利要求1所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法，其特征在于：步 骤7)中利用公式V=S/t计算液滴瞬时速度、公式a= >2 -v：Q/t计算液滴瞬时加速度、公 _ m.a 式= 计算液滴瞬时曳力系数，其中p表示空气密度、A表示垂直气流方向液滴的面 积、m表示液滴质量。
2. 根据权利要求1所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法，其特征在于：步 骤8)中所述边缘查找处理的方法为Roberts边缘检测算法，利用局部差分算子寻找油粒边 缘算子，其油粒边缘像素可表示为：
式中/&，；〇为输 入图像的像素值，为输出图像的像素值，利用上式在对图像中每一像素进行处理 后，再进行阈值化处理和数量统计，完成对目标的边缘提取。
3. 根据权利要求1所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法，其特征在于：步 骤8)中所述的单液滴完全破碎后索太尔平均直径利用公式=I；/1 获得，其中液滴直径为Di,直径Di所对应的液滴数目为队。
4. 一种气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法专用的测量装置，其特征在于：包 括冷态空气加热系统、数据采集处理系统和液滴发生器（2)，冷态空气加热系统包括连接有 气流恒温控制箱（7 )的两根平行的空气加热管道（1 )，空气加热管道（1) 一端连接有试验测 量口（3)，另一端通过空气转子流量计（5)与空气压缩机（6)相连；液滴发生器（2)的液滴 出口设置在实验测量口（3);数据采集处理系统包括相连的高速相机（4)和计算机（8)，其 中高速相机（4)正对实验测量口（3)。
5. 根据权利要求5所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法专用的测量装 置，其特征在于：所述的空气加热管道（1)外部为酚醛泡沫保温材料，内部为陶瓷保温管， 管内设有垂直结构的陶瓷架（9 )，陶瓷架（9 )上缠绕有镍铬电热丝（10 )。
6. 根据权利要求5所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法专用的测量装 置，其特征在于：所所述的实验测量口（3)与空气加热管道（1)之间设有网状整流装置。
7. 根据权利要求5所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法专用的测量装 置，其特征在于：所述的实验测量口（3)为石英玻璃矩形管道，垂直于空气加热管道（1)坚 直放置。
8. 根据权利要求5所述的气流中单液滴变形、破碎过程特性测量方法专用的测量装 置，其特征在于：所述的液滴发生器（2)产生的液滴直径范围为0· 5mm?6mm。
【文档编号】G01P3/68GK104237109SQ201410311510
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】金仁瀚, 刘勇, 朱冬清, 李鹏飞, 王锁芳 申请人:南京航空航天大学