数字图像技术在液膜厚度测量中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com东北电力技术2O07年第2期．’、^¨^¨^其¨数字图像技术在液膜厚度测量中的应用^¨^¨^¨^¨^¨^它¨ApplicationofDigitalImagingTechnologytoFilmThickness^¨-t盛伟，李洪涛(沈阳工程学院，辽宁沈阳110136)摘要：在分析传统液膜厚度测量技术的基础上，提出了一种基于CCD图像的液膜厚度非接触测量的方法。在自行设计并搭建的实验台上，测定了不同雷诺数下平均液膜厚度和雷诺数间的实验关联式，并与其它测量数据进行了对比。结果

2、表明：实验数据与其它学者的趋势相同，CCD摄像设备的分辨率越高，测量精度将越高。关键词：液膜；厚度；数字图像；测量[中图分类号]O484．5[文献标识码]B[文章编号]1004—7913(2007)02—0044—03薄降液膜的贴壁流具有很强的热质交换能力，感，对流场也产生一定的干扰。因而在化工、核能、动力、制冷等领域得到广泛的1．2光学及射线法应用[1-6]。降液膜的平均厚度约为0．5Inm，流动光学法是利用光线在液相和气相吸收率的不同平均速度为1～2m／s，雷诺数(Re=4I1，或根据液膜自身产生的荧光，通过对折射光

3、或荧光r为单位周长质量流量，为动力粘度)为10～进行光谱分析而得到界面液膜厚度。Hewitt&Love-grove[7。Lilleleht&Hanrrtty[8。Jones&Whitakert9。10000，其换热强度及传质强度是同等流动条件下，，，Portalski&Clegg[10。Salazar&MaIshaU[n]Ohba&层流流动的几倍。如将其应用于吸收器、蒸发器等，，热交换设备，可使这类设备的体积大大缩小，节省№hae[12]等利用光学法研究了气液两相流的界面材料和资源，提高设备的效率。波。这些方法包括光吸收

4、法；荧光法；X一射线由于液体薄膜流具有流量及温差小、传热传质法，7一射线法。均属于定点测量方法。其中光吸系数高、热流密度高、结构简单且动力消耗小等优收法指的是在被测管道的一侧接受由另外一侧发射点，现已成为国际传热传质科学与工程界的一个十的光线，通过对接受光线进行分析而得到被测界面分活跃的研究领域，因此关于液膜流动特性的研究的液膜厚度。它对于扰动不大的界面比较有效，但成为近年富有挑战性的研究课题。本文提出将数字如果界面波很陡，可能由于光线在液体内的多次折图像技术应用于液膜的研究中，对研究液膜流动特射而使其失效。而荧光法则不

5、同，实验前一般先在性有一定的创新。被测液体里加入一定量的荧光素，然后通过由汞蒸汽灯发出的绿光对被测实验段进行照射，这时存在1传统测量方法于液体中的荧光素发射出蓝光，反射回来的绿光和1-1电导法荧光素发出的蓝光通过光谱仪(目前多利用滤光装电导法是目前测定界面波特征信号最常用、最置)进行分离，通过对蓝光的光强进行分析而得到简单的方法之一。其基本原理是：一定液膜厚度的界面的液膜厚度。这种方法克服了光吸收法的缺电导与其厚度存在一定的关系，因此通过测量探针点，因为在荧光法中入射光线和接受光线是同时区域液膜的电导就可以得到界面的液膜

6、厚度。在电的，而且位于管道的同一侧。X、7射线法也是利导法中，按照探针电极布置方式的不同分为4种，用射线在不同液膜厚度中被吸收的强度不同来测量如图1所示。液膜厚度。光学及射线法测量液膜厚度精度高，但电导探针是一种精度很高的液膜厚度实时测量操作比较复杂。方法，除针形接触探针外，电导探针测得的液膜厚1．3电容法度都是探针周围液膜的平均值，而且只适用于导电电容法属于局部测量方法，其主要原理是因为液膜的测量。对于非导电液体则只能采用别的测量各种介质的介电常数不同，通过测量装配到被测实方法。此外，电导探针对实验条件的变化比较敏验段

7、的两电容电极间的电容变化来测量界面的结构。维普资讯http://www.cqvip.com2007年第2期东北电力技术45摄影和记录，然后对所得的图像及信号进行分析，从而得到物理本质的方法成为发展趋势。据此，本文提出将数字图像处理技术应用于液膜厚度，并在实验台上进行了实验。2．1测量系统测量系统由光学照明系统、CCD摄像机、DH—CG410高性能彩色图像采集卡、计算机及相应的软件组成。系统结构如图2所示。工作原理是：照明系统发出的平行光线使有色液膜产生阴影轮廓。CCD将图像信号变为电荷信号，通过数字接口卡存人计算机内存，

8、然后由软件对所采集到的图像进行差影算法，计算出液膜的厚度。按照采集程序设定采集信号的时间间隔，将采集到的实时图像经过处理得到液膜的厚度瞬时值，并将实验数据存放在指(b)定的文档文件中，然后利用绘图程序对记录数据进行绘图。调压器电极测温／一一一——、／流量计、、，／电极／——＼、、、一／图2实验系统简图2．2差影算法【