本發(fā)明涉及水力機(jī)械，尤其涉及一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、混輸泵是氣液混輸過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，主要類型包括容積式和葉片式。與容積式相比，葉片式混輸泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高、對(duì)沙粒不敏感等優(yōu)點(diǎn)。但由于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，葉片式混輸泵內(nèi)氣液流動(dòng)非常復(fù)雜。大量公開(kāi)文獻(xiàn)均指出泵內(nèi)復(fù)雜氣液流場(chǎng)中氣泡的數(shù)量和尺寸對(duì)混輸泵的性能影響較大，尤其是隨著進(jìn)口含氣率的增加，泵內(nèi)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)型態(tài)如氣泡流、泡狀流和凝聚泡狀流等，導(dǎo)致泵的性能顯著惡化和運(yùn)行不穩(wěn)定。

2、目前，針對(duì)混輸葉片泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量分析方法主要依賴于可視化試驗(yàn)，通過(guò)搭建測(cè)量系統(tǒng)捕捉泵內(nèi)流場(chǎng)圖片來(lái)進(jìn)行人工識(shí)別氣泡數(shù)量，并通過(guò)在泵殼外部設(shè)置不銹鋼尺來(lái)近似測(cè)量氣泡尺寸。然而，這種方法存在測(cè)量系統(tǒng)精度低、穩(wěn)定性差，分析方法效率低、誤差大且適用范圍較為有限等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了對(duì)混輸泵氣液流場(chǎng)特性的深入研究和精確分析。

3、如何提高氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量精度與分析效率，是目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法和裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

2、本發(fā)明提供一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，應(yīng)用于氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括高速攝影系統(tǒng)，所述高速攝影系統(tǒng)用于獲取泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像；

3、包括如下步驟：

4、基于所述高速攝影系統(tǒng)獲取的泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像，確定多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像，并對(duì)所述多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行預(yù)處理；其中，所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像為泵內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定后連續(xù)拍攝的氣液流場(chǎng)圖像，每個(gè)所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像中均包含多個(gè)氣泡；所述預(yù)處理包括：氣泡標(biāo)記、灰度化、去噪和二值化處理；

5、基于預(yù)處理后的目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像確定所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的邊界，得到氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果，并基于所述氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積；

6、基于所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積計(jì)算每個(gè)氣泡的直徑，并確定每種直徑下的氣泡數(shù)量。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，所述確定所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的邊界，得到氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果，并基于所述氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積，包括：

8、通過(guò)輪廓檢測(cè)算法確定并繪制所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的邊界，得到氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果；

9、基于像素的尺度測(cè)量技術(shù)，遍歷所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的輪廓并進(jìn)行計(jì)算，得到所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，所述基于所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積計(jì)算每個(gè)氣泡的直徑，并確定每種直徑下的氣泡數(shù)量，包括：

11、基于混輸泵葉輪軸向長(zhǎng)度、目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像葉輪軸向長(zhǎng)度以及最大氣泡像素直徑，計(jì)算得到氣泡最大直徑；其中，所述最大氣泡像素直徑是：通過(guò)獲取氣泡輪廓的最小外接圓，計(jì)算最小外接圓直徑的最大值得到；

12、基于所述氣泡最大直徑、預(yù)先確定的氣泡直徑修正因子、最大氣泡像素面積以及除所述氣泡最大直徑之外的直徑對(duì)應(yīng)氣泡的氣泡像素面積，計(jì)算得到除所述氣泡最大直徑之外的氣泡直徑；

13、基于所述氣泡最大直徑和所述除所述氣泡最大直徑之外的氣泡直徑，統(tǒng)計(jì)得到每種直徑下的初始?xì)馀輸?shù)量，并對(duì)所述初始?xì)馀輸?shù)量進(jìn)行修正，得到每種直徑下的氣泡數(shù)量。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，所述氣泡最大直徑，通過(guò)以下公式得到：

15、

16、其中， d max表示氣泡最大直徑， l im表示混輸泵葉輪軸向長(zhǎng)度， lp表示目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像葉輪軸向長(zhǎng)度， d pmax表示最大氣泡像素直徑。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，所述除所述氣泡最大直徑之外的氣泡直徑，通過(guò)以下公式得到：

18、

19、其中， d表示除所述氣泡最大直徑之外的氣泡直徑， dmax表示氣泡最大直徑， α表示氣泡直徑修正因子，取值范圍是0.8≤ α≤1.5， s pmax表示最大氣泡像素面積， s p表示除所述氣泡最大直徑之外的直徑對(duì)應(yīng)氣泡的氣泡像素面積。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法，所述對(duì)所述初始?xì)馀輸?shù)量進(jìn)行修正，得到每種直徑下的氣泡數(shù)量，通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)：

21、

22、其中， n d *表示氣泡直徑為d時(shí)的氣泡數(shù)量， β表示氣泡數(shù)量修正因子，取值范圍是1.0≤ β≤2.0， n di表示第 i張目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像下的氣泡數(shù)量，n表示重復(fù)分析的目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像的數(shù)量。

23、本發(fā)明還提供一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量系統(tǒng)，包括：高速攝影系統(tǒng)和執(zhí)行單元；

24、所述高速攝影系統(tǒng)包括：高速攝影機(jī)和補(bǔ)光燈；其中，所述高速攝影機(jī)用于拍攝葉輪和導(dǎo)葉流場(chǎng)區(qū)域以獲取泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像，所述高速攝影機(jī)的鏡頭與混輸泵平行布置；所述補(bǔ)光燈用于直射地面，利用側(cè)光進(jìn)行補(bǔ)光；

25、所述執(zhí)行單元用于執(zhí)行如上述任一種所述的氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法。

26、本發(fā)明還提供一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析裝置，應(yīng)用于氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括高速攝影系統(tǒng)，所述高速攝影系統(tǒng)用于獲取泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像；

27、包括如下模塊：

28、確定模塊，用于基于所述高速攝影系統(tǒng)獲取的泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像，確定多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像，并對(duì)所述多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行預(yù)處理；其中，所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像為泵內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定后連續(xù)拍攝的氣液流場(chǎng)圖像，每個(gè)所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像中均包含多個(gè)氣泡；所述預(yù)處理包括：氣泡標(biāo)記、灰度化、去噪和二值化處理；

29、計(jì)算模塊，用于基于預(yù)處理后的目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像確定所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的邊界，得到氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果，并基于所述氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積；

30、分析模塊，用于基于所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積計(jì)算每個(gè)氣泡的直徑，并確定每種直徑下的氣泡數(shù)量。

31、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器、通信接口、通信總線及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器、所述通信接口和所述存儲(chǔ)器通過(guò)所述通信總線完成相互間的通信，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法。

32、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法。

33、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法。

34、本發(fā)明提供的一種氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的分析方法和裝置，應(yīng)用于氣液混輸泵內(nèi)氣泡數(shù)量和尺寸的測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括高速攝影系統(tǒng)，所述高速攝影系統(tǒng)用于獲取泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像；通過(guò)基于所述高速攝影系統(tǒng)獲取的泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像，確定多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像，并對(duì)所述多個(gè)目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行預(yù)處理；其中，所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像為泵內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定后連續(xù)拍攝的氣液流場(chǎng)圖像，每個(gè)所述目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像中均包含多個(gè)氣泡；所述預(yù)處理包括：氣泡標(biāo)記、灰度化、去噪和二值化處理；基于預(yù)處理后的目標(biāo)氣液流場(chǎng)圖像確定所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的邊界，得到氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果，并基于所述氣泡輪廓的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積；基于所述多個(gè)氣泡中每個(gè)氣泡的氣泡輪廓像素面積計(jì)算每個(gè)氣泡的直徑，并確定每種直徑下的氣泡數(shù)量。由此可知，本發(fā)明通過(guò)高速攝影技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵內(nèi)氣液流場(chǎng)特征的高精度捕捉，為分析氣泡數(shù)量和尺寸提供了重要依據(jù)；基于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)氣泡標(biāo)記、輪廓檢測(cè)等步驟對(duì)泵內(nèi)氣液流場(chǎng)圖像進(jìn)行處理和分析，顯著減少了手動(dòng)測(cè)量誤差，提高了數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性，節(jié)省了時(shí)間和成本。