基于平面荧光成像的泡状流三维可视化研究

摘要

气液泡状流广泛存在于石油、化工、冶金、能源、医药等领域，其流动参数和机理的研究，对于资源的合理开发、生产安全都具有重要意义。气液泡状流，尤其密集气液泡状流中流动结构及流动特性的研究，仍然是目前亟待解决的难题。 本文基于高速激光扫描测量系统，提出平面荧光成像的方法，摄取气泡荧光图像，扫描切片图像并进行三维重建，实现了密集气液泡状流的三维可视化，不仅扩大了可测气泡的尺寸范围，而且根据重建流场分析了空隙率、界面面积浓度等流动参数，通过气泡横向受力分析了空隙率分布特性的机理。具体工作包括以下几方面： 1、针对密集气液泡状流，基于高速激光扫描测量系统进行测量，对其测量原理和数学模型进行分析，并根据系统参数进行了误差分析。 2、对气泡在荧光平面中的成像原理以及光路数学模型进行了深入分析，通过高速激光扫描测量系统获取泡状流区域切片图像，并提取泡状流切片有效特征信息，通过摄像机标定及层间插值，最终实现了对密集泡状流的三维可视化。 3、针对由于折射率不同导致的激光光路偏折问题，结合折射率匹配以及FEP材料，有效降低了光路折射，并分析了光路偏折对实验结果的影响。 4、根据密集气液泡状流三维重建结果，分析了空隙率、界面面积浓度等流动参数，并通过气泡横向受力分析了空隙率分布特性的机理。

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