基于干涉粒子成像技术的气泡和煤粉颗粒测量研究
发布时间：2021-11-01 08:44
多相流广泛存在于自然环境和工业生产中,研究多相流中颗粒的关键参数对深入了解多相流机理、优化设备和生产过程有着重要的意义。干涉粒子成像技术经过多年的发展,已实现对流场中球形透明颗粒和不规则颗粒的类型识别与参数测量,对多相流的研究有重要的科学意义和实用价值。本文基于干涉粒子成像技术,对球形透明气泡颗粒的粒径和瞬时粒径变化,以及不规则不透明煤粉颗粒的尺寸和形貌进行了测量研究。论文的主要研究内容如下:在球形透明颗粒测量方面,针对相对折射率m<1的颗粒,提出了用于测量微米级颗粒瞬时纳米级粒径变化的相位临界角散射法。理论推导表明,颗粒临界散射光信号中的高频精细结构,其相位对气泡的粒径变化高度敏感,会随粒径的变化线性移动。基于德拜级数展开模型,对不同折射率和粒径气泡的临界散射光信号进行了计算分析,模拟验证了该方法的可行性。设计单气泡发生装置,对上升单气泡的粒径及粒径变化进行了测量。模拟和实验结果表明,相位临界角散射法可以测量微米级气泡低至数十纳米的粒径增长,为气泡动力学特性的研究提供了有潜力的方法。在不规则颗粒测量方面,针对不透明的颗粒,提出双光束干涉粒子成像系统。该系统采用双光束照明的方式照...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞机在云层中结冰的一般规律[1]
浙江大学硕士学位论文第1章绪论3图1.2含砂水流对空化的加速作用[9]P1-汽化压力；P2-含砂水流空化初生压力；P-泥砂作用产生的局部压力降基于上述分析可知，复杂多相流中颗粒关键参数的测量，特别是颗粒粒径和数量的测量，对优化反应过程、改进工业设备和保障人身安全等有重要意义。当所需测量的颗粒包含多种类型时，如同时包括液滴和固体颗粒时，需选择合适的颗粒参数测量技术同时对不同类型的颗粒进行测量。1.2颗粒几何参数测量技术多相流中的颗粒大多是尺寸在毫米到纳米量级的微小固体、气泡和液滴，其关键参数包括粒径、形貌等几何参数，速度等运动参数，以及温度等热力学参数[11]。本文主要关注颗粒几何参数的测量，下面对常见的颗粒几何参数测量技术进行介绍。按照测量原理，可将颗粒几何参数测量技术大致分为机械方法、电学方法、声学方法和光学方法。机械方法包括筛分法、沉降法等，筛分法[12]让颗粒通过具有不同筛孔直径的筛子，从而实现对颗粒的大小分级，是最传统、最简单和最常用的测量方法；沉降法[13]利用颗粒在流体中的沉降现象来测量颗粒粒度，常见的有重力沉降法和离心沉降法，对于非球形颗粒，该方法测得的粒径为等效沉速径。机械方法大多为离线测量方法，无法实现对颗粒几何参数的实时、在线测量。电学方法包括电感应法[14]（又称库尔特法），对于非球形颗粒，电感应法测得的粒径是对应于体积的当量径。电感应法测量速度快，测量精度高，
浙江大学硕士学位论文第1章绪论6技术的图像分析方法，采用如图1.3所示的实验系统首次实现了对稀疏液滴场中多个液滴颗粒二维位置和粒径的测量，并将该技术命名为激光干涉成像测量技术。图1.3干涉粒子成像实验系统图[30]随后，干涉粒子成像技术被用于气泡的测量。2000年Y.Niwa等[31]对单气泡进行了测量，首先基于几何光学理论推导出气泡粒径和散射图中干涉条纹数的关系，然后编写了用于大量数据处理和速度反演的图像处理程序，通过与图1.3类似的实验系统实现了单气泡粒径和速度的测量，图1.4给出了该实验拍摄的不同粒径气泡的干涉条纹图。2006年S.Dehaeck等[32]采用垂直偏振的激光照亮气泡，在散射角90°附近收集气泡的散射光信号，其功率谱中存在两个具有已知的频率比的主频率峰值，提高了测量系统的鲁棒性，由于改进后的系统对颗粒球形度的偏差比较敏感，该系统还可用于气泡非球形信息的检测。2011年，G.Lacagnina等[33]采用干涉粒子成像技术对船用螺旋桨模型尾流的初始空化气泡进行了测量，除粒径信息外，该实验通过结合图像分析算法实现了对气泡速度的测量。气泡的测量目前集中于对粒径、位置和速度等参数的测量，但在沸腾传热和空化等领域，气泡的瞬时粒径变化反映了气泡与周围环境介质的相互作用，对深入了解气泡动力学有重要意义。因此，气泡瞬时粒径变化的测量也尤为重要。图1.4不同粒径气泡的干涉条纹图对比[31]
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光干涉法测量不规则粗糙粒子尺寸[J]. 张红霞,李姣,孙金露,王晓磊,贾大功,刘铁根. 应用激光. 2018(05)
[2]飞机结冰及预防控制措施研究[J]. 赵安家,孟哲理. 飞机设计. 2018(03)
[3]超声谱法在颗粒两相流测量中的应用进展[J]. 苏明旭,周健明,汪雪,蔡小舒,汪烈成. 中国粉体技术. 2016(05)
[4]筛分法测定钛精矿粒度分布[J]. 刁源生. 中国粉体技术. 2015(03)
[5]浅析水泵空蚀与泥沙磨损的预防及修复技术[J]. 孟玢. 科技创新导报. 2012(08)
[6]激光干涉粒子成像测量干涉图处理算法研究[J]. 吕且妮,葛宝臻,陈益亮,张以谟. 光学学报. 2011(04)
[7]电厂煤粉粒度特征及其对煤粒燃烧的影响[J]. 薛兴华,王运泉,肖晨生,周水良. 煤炭转化. 2006(03)
[8]激光干涉气液两相流测量图像自动辨读方法的研究[J]. 浦世亮,浦兴国,袁镇福,岑可法,Loic MEES,Denis LEBRUN. 中国电机工程学报. 2004(02)
[9]用光子相关光谱法测量多分散颗粒系的颗粒粒度分布[J]. 申晋,郑刚,李孟超,姬丰. 光学仪器. 2003(04)
博士论文
[1]数字颗粒全息三维测量技术及其应用[D]. 吴迎春.浙江大学 2014
[2]基于激光干涉原理的颗粒场测量技术研究[D]. 浦世亮.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于结构光投影的煤块和液膜三维形貌测量研究[D]. 吴庆尉.浙江大学 2019
[2]HP磨煤机稳态特性与经济细度研究[D]. 陈波.东南大学 2016
[3]煤粉颗粒多参数测量的试验研究[D]. 张琮昌.浙江大学 2013
本文编号：3469868
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞机在云层中结冰的一般规律[1]
浙江大学硕士学位论文第1章绪论3图1.2含砂水流对空化的加速作用[9]P1-汽化压力；P2-含砂水流空化初生压力；P-泥砂作用产生的局部压力降基于上述分析可知，复杂多相流中颗粒关键参数的测量，特别是颗粒粒径和数量的测量，对优化反应过程、改进工业设备和保障人身安全等有重要意义。当所需测量的颗粒包含多种类型时，如同时包括液滴和固体颗粒时，需选择合适的颗粒参数测量技术同时对不同类型的颗粒进行测量。1.2颗粒几何参数测量技术多相流中的颗粒大多是尺寸在毫米到纳米量级的微小固体、气泡和液滴，其关键参数包括粒径、形貌等几何参数，速度等运动参数，以及温度等热力学参数[11]。本文主要关注颗粒几何参数的测量，下面对常见的颗粒几何参数测量技术进行介绍。按照测量原理，可将颗粒几何参数测量技术大致分为机械方法、电学方法、声学方法和光学方法。机械方法包括筛分法、沉降法等，筛分法[12]让颗粒通过具有不同筛孔直径的筛子，从而实现对颗粒的大小分级，是最传统、最简单和最常用的测量方法；沉降法[13]利用颗粒在流体中的沉降现象来测量颗粒粒度，常见的有重力沉降法和离心沉降法，对于非球形颗粒，该方法测得的粒径为等效沉速径。机械方法大多为离线测量方法，无法实现对颗粒几何参数的实时、在线测量。电学方法包括电感应法[14]（又称库尔特法），对于非球形颗粒，电感应法测得的粒径是对应于体积的当量径。电感应法测量速度快，测量精度高，
浙江大学硕士学位论文第1章绪论6技术的图像分析方法，采用如图1.3所示的实验系统首次实现了对稀疏液滴场中多个液滴颗粒二维位置和粒径的测量，并将该技术命名为激光干涉成像测量技术。图1.3干涉粒子成像实验系统图[30]随后，干涉粒子成像技术被用于气泡的测量。2000年Y.Niwa等[31]对单气泡进行了测量，首先基于几何光学理论推导出气泡粒径和散射图中干涉条纹数的关系，然后编写了用于大量数据处理和速度反演的图像处理程序，通过与图1.3类似的实验系统实现了单气泡粒径和速度的测量，图1.4给出了该实验拍摄的不同粒径气泡的干涉条纹图。2006年S.Dehaeck等[32]采用垂直偏振的激光照亮气泡，在散射角90°附近收集气泡的散射光信号，其功率谱中存在两个具有已知的频率比的主频率峰值，提高了测量系统的鲁棒性，由于改进后的系统对颗粒球形度的偏差比较敏感，该系统还可用于气泡非球形信息的检测。2011年，G.Lacagnina等[33]采用干涉粒子成像技术对船用螺旋桨模型尾流的初始空化气泡进行了测量，除粒径信息外，该实验通过结合图像分析算法实现了对气泡速度的测量。气泡的测量目前集中于对粒径、位置和速度等参数的测量，但在沸腾传热和空化等领域，气泡的瞬时粒径变化反映了气泡与周围环境介质的相互作用，对深入了解气泡动力学有重要意义。因此，气泡瞬时粒径变化的测量也尤为重要。图1.4不同粒径气泡的干涉条纹图对比[31]
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光干涉法测量不规则粗糙粒子尺寸[J]. 张红霞,李姣,孙金露,王晓磊,贾大功,刘铁根. 应用激光. 2018(05)
[2]飞机结冰及预防控制措施研究[J]. 赵安家,孟哲理. 飞机设计. 2018(03)
[3]超声谱法在颗粒两相流测量中的应用进展[J]. 苏明旭,周健明,汪雪,蔡小舒,汪烈成. 中国粉体技术. 2016(05)
[4]筛分法测定钛精矿粒度分布[J]. 刁源生. 中国粉体技术. 2015(03)
[5]浅析水泵空蚀与泥沙磨损的预防及修复技术[J]. 孟玢. 科技创新导报. 2012(08)
[6]激光干涉粒子成像测量干涉图处理算法研究[J]. 吕且妮,葛宝臻,陈益亮,张以谟. 光学学报. 2011(04)
[7]电厂煤粉粒度特征及其对煤粒燃烧的影响[J]. 薛兴华,王运泉,肖晨生,周水良. 煤炭转化. 2006(03)
[8]激光干涉气液两相流测量图像自动辨读方法的研究[J]. 浦世亮,浦兴国,袁镇福,岑可法,Loic MEES,Denis LEBRUN. 中国电机工程学报. 2004(02)
[9]用光子相关光谱法测量多分散颗粒系的颗粒粒度分布[J]. 申晋,郑刚,李孟超,姬丰. 光学仪器. 2003(04)
博士论文
[1]数字颗粒全息三维测量技术及其应用[D]. 吴迎春.浙江大学 2014
[2]基于激光干涉原理的颗粒场测量技术研究[D]. 浦世亮.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于结构光投影的煤块和液膜三维形貌测量研究[D]. 吴庆尉.浙江大学 2019
[2]HP磨煤机稳态特性与经济细度研究[D]. 陈波.东南大学 2016
[3]煤粉颗粒多参数测量的试验研究[D]. 张琮昌.浙江大学 2013
本文编号：3469868
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