一種精確估計液滴群混合時間的方法
【技術領域】[0001] 本發(fā)明涉及一種精確估計液滴群混合時間的方法，屬于液滴群行為同調刻畫領域。
【背景技術】
[0002] 0RC直接接觸蒸汽發(fā)生器中有機工質沸騰相變過程液滴群行為的表征以及其與換 熱協(xié)同機制的研究是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。混合時間是表征0RC直接接觸蒸汽發(fā)生 器中有機工質沸騰相變過程液滴群行為的一個重要參數(shù)。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為構建一種有較高的應用價值的、簡單易行的精確估計直接接觸 式換熱器最佳多相混合時間的方法；本發(fā)明是采用概率統(tǒng)計理論中常用的"3 〇 "原理對能 夠刻畫混合均勻性的貝蒂數(shù)時間序列進行預警診斷，具體包括以下步驟： (1) 運用數(shù)字圖像處理技術，得到一系列便于準確計算貝蒂數(shù)的圖像； (2) 運用計算同調群理論，得到貝蒂數(shù)時間序列； (3) 運用概率統(tǒng)計方法，對貝蒂數(shù)時間數(shù)據(jù)進行基于"3 〇 "原理的預警診斷，將超出預 警范圍的時刻作為最佳的混合均勻時間，具體包括以下步驟： ① 給定一個時刻T。，認定T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列均處于混合均勻狀態(tài)； ② 對T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列求取均值y和標準差〇 ; ③ 自L+t。時刻起，按逆時次序依次判定各單值是否連續(xù)兩次超出下限警戒線 ''y-3 〇 " ； ④ 將③確定的首次連續(xù)兩次超出下限警戒線中第一次超出下限警戒線的時刻記為T1; ⑤ 將作為最優(yōu)的混合均勻時間臨界點T。
[0004] 本發(fā)明運用數(shù)字圖像處理理論中常用的灰度化、高帽變換、濾波、二值化和開運算 技術，最終得到適合于緊接下來能夠準確計算貝蒂數(shù)的圖像； 本發(fā)明借助于計算同調規(guī)劃（ComputationalHomologyProject，CHomP)軟件包計算 二值圖的〇維貝蒂數(shù)和1維貝蒂數(shù)。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是： (1)本發(fā)明建立一個基于基于概率統(tǒng)計理論中"3 〇 "原理的精確估計混合時間的方法； 簡單易行，可以準確、可靠地估計直接接觸沸騰傳熱過程混合時間，應用范圍廣泛，對于很 多實驗過程都有可參考和應用的價值，起到指導作用。
[0006] (2)本發(fā)明的適用于多相混合過程混合時間的精確估計，一方面混合時間是0RC 直接接觸蒸汽發(fā)生器中有機工質沸騰相變過程液滴群行為的主要評價指標，表征液滴群行 為狀況，為實驗監(jiān)測提供參考，對實驗過程的進行起到指導作用；另一方面可根據(jù)混合時間 的精確估計，評價行為狀態(tài)，為深入研究液滴群行為與換熱協(xié)同機制提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的數(shù)字圖像處理過程圖； 圖2為本發(fā)明的混合時間精確估計圖。
【具體實施方式】
[0008] 下面結合附圖和實例進一步說明本發(fā)明的實質內容，但本發(fā)明的內容并不限于此。[0009]實施例1 (1)試驗設計與試驗平臺的搭建 本實施例中，搭建的0RC直接接觸式蒸汽發(fā)生器試驗平臺，正交試驗選用四個測試的 參數(shù)，分別是0RC直接接觸蒸發(fā)器中連續(xù)相導熱油液位高度，初始換熱溫差，工質流率和導 熱油流率。各參數(shù)一共有三個變量；根據(jù)正交試驗表，本試驗選用4因素3水平的正交試 驗，L9(34)正交試驗因素水平表詳見表1，試驗設計方案詳見表2。
[0010] (2)液滴群行為圖樣的獲取 在試驗過程中，通過可視窗觀察發(fā)現(xiàn)，在不同的工況條件以及試驗時間段內，分散相液 滴群在連續(xù)相導熱油中的傳熱過程呈現(xiàn)復雜且不斷變化的狀態(tài)，使用高速攝像機以每秒30 幀的速度來捕捉這些圖樣，每次試驗持續(xù)拍攝8分鐘，以獲得6000張的直接接觸換熱過程 液滴群行為變化的圖像，其中的每一幅圖對應著可視窗后面的一個小的區(qū)域；高速攝像機 所記錄的范圍僅僅是靠近攝像機的壁面，而非從一個壁面到另一個壁面；同時可捕捉的區(qū) 域是正常試驗光照條件下攝像機可辨識的區(qū)域。為了減小偏光以及玻璃鏡面反射對圖像的 影響，試驗在晚上進行，且實驗拍攝過程中關閉日光燈，運用高功率光源照射可視窗，這樣 的處理后，發(fā)現(xiàn)所拍攝的圖樣所受外界的影響較小，且能較準確的反應直接接觸式蒸發(fā)器 內分散相液滴群的團聚狀態(tài)。
[0011] (3)液滴群行為圖樣的處理 為了計算圖像的〇維貝蒂數(shù)和1維貝蒂數(shù)，需要對拍攝得到的彩色圖樣進行數(shù)字化處 理，任意選取其中一張圖片為例，圖1為其中一張液滴群圖樣的處理過程，具體處理步驟如 下：灰度化、高帽變換、濾波、二值化和開運算技術，最終得到適合于緊接下來能夠準確計算 貝蒂數(shù)的圖像； (3)貝蒂數(shù)時間序列的獲取 本例通過借助CHomP軟件包來計算不同正交試驗工況下的經(jīng)過最終處理后圖像中的0 維數(shù)貝蒂數(shù)和1維貝蒂數(shù)；根據(jù)正交試驗編號計算得到的0維貝蒂數(shù)與1維貝蒂數(shù)時間演 化曲線圖2所示。
[0012] (3)液滴群行為演化的均勻時間 基于概率統(tǒng)計理論中"3〇 "原理的精確估計混合時間；其具體步驟是： Step1給定一個時刻T。，初步認定T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列均處于混合均 勻狀態(tài)；T。值見表3中第2行所示。
[0013]對T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列求取均值y和標準差〇 ;均值y和標準差 〇分別見表3中第3行和第4行所示，均值線如圖2中點虛線所示。
[0014]自Tft。時刻起，按逆時次序依次判定各單值是否連續(xù)兩次超出下限警戒線 "y-3 〇 " ;t。值見表3中第5行所示，警戒線見圖2中短虛線所示。
[0015] 將Step3確定的首次連續(xù)兩次超出下限警戒線中第一次超出下限警戒線的時刻 記為1\。
[0016] 將作為最優(yōu)的混合均勻時間臨界點T;T值見表3中第6行所示，并在圖2中以 圓圈'〇'所示。
[0017] (4)方法有效性的驗證 為量化0RC直接接觸蒸汽發(fā)生器中有機工質沸騰相變過程液滴群行為與換熱的協(xié)同 關系，通過均勻時間構建表征液滴群行為的指標，并計算其與傳熱系數(shù)的灰色關聯(lián)度以及 相關系數(shù)，以此對比其他方法(均值法、斜率法、標準差法）說明本方法的有效性。比較結果 如表4所示，灰色關聯(lián)度與相關系數(shù)越大越好。因此由表4可以看出，本發(fā)明方法較其他方 法具有較為顯著的有效性。
[0018]表1
[0020]表 3
【主權項】
1. 一種精確估計液滴群混合時間的方法，其特征在于，具體包括以下步驟： (1) 運用數(shù)字圖像處理技術，得到一系列便于準確計算貝蒂數(shù)的圖像； (2) 運用計算同調群理論，得到貝蒂數(shù)時間序列； (3)運用概率統(tǒng)計方法，對貝蒂數(shù)時間數(shù)據(jù)進行基于"3〇 "原理的預警診斷，將超出預 警范圍的時刻作為最佳的混合均勻時間，具體包括以下步驟： ① 給定一個時刻T。，認定T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列均處于混合均勻狀態(tài)； ② 對T。時刻及其之后的貝蒂數(shù)時間序列求取均值y和標準差〇 ; ③ 自L+t。時刻起，按逆時次序依次判定各單值是否連續(xù)兩次超出下限警戒線 ''y-3 〇 " ； ④ 將③確定的首次連續(xù)兩次超出下限警戒線中第一次超出下限警戒線的時刻記為T1; ⑤ 將T1作為最優(yōu)的混合均勻時間臨界點T。2. 根據(jù)權利要求1所述精確估計液滴群混合時間的方法，其特征在于：運用數(shù)字圖像 處理理論中常用的灰度化、高帽變換、濾波、二值化和開運算技術，最終得到適合于緊接下 來能夠準確計算貝蒂數(shù)的圖像。3.根據(jù)權利要求1所述精確估計液滴群混合時間的方法，其特征在于：借助于計算同 調規(guī)劃軟件包計算二值圖的〇維貝蒂數(shù)和1維貝蒂數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種精確估計液滴群混合時間的方法，屬于液滴群行為同調刻畫領域。本發(fā)明運用數(shù)字圖像處理技術，得到一系列便于準確計算貝蒂數(shù)的圖像；運用計算同調群理論，得到貝蒂數(shù)時間序列；運用概率統(tǒng)計方法，對貝蒂數(shù)時間數(shù)據(jù)進行基于“3σ”原理的預警診斷，將超出預警范圍的時刻作為最佳的混合均勻時間。本發(fā)明所述方法簡單易行，是可以準確、可靠地估計最佳混合時間的方法，能夠為實際工程應用提供借鑒意義。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105022883
【申請?zhí)枴緾N201510444891
【發(fā)明人】徐建新, 肖清泰
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月27日