多相流體積區域內流動特徵三維測量理論與方法

《多相流體積區域內流動特徵三維測量理論與方法》是依託天津大學，由薛婷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多相流體積區域內流動特徵三維測量理論與方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：薛婷
• 依託單位：天津大學

項目摘要

多相流體積區域內流動特徵形態及運動參數，對研究多相流動系統具有重要的理論意義和研究價值。本項目針對體積區域流動特徵可視化三維測量提出新的解決思路，並圍繞關鍵技術進行深入研究。①提出並研究多棱平晶連續掃描，結合分幅多視角同步採集的體測光學系統，建立數學模型並對雷射發射、平晶光路、分幅多視角感測器進行最佳化，突破傳統流場只能針對特定截面，或在體積區域內無法實現有效測量的局限性；②針對流動參數三維測量，提出基於高斯衰減的結構光平面特徵提取方法，準確獲取流動特徵；提出高精度、無原理誤差的相機非參數模型校準新方法，準確、快速實現空間特徵點三維重構；結合極線約束立體匹配，基於運動或灰度最大相似跟蹤匹配，以及基於體素的三維映射及重建方法，實現體積區域流動參數的高精度三維測量。本項目將為多相流體積區域流動特徵三維測量提供新的技術途徑，並為科學研究和工程套用中深入認識兩相/多相流動特性和機理提供新的研究手段。

結題摘要

針對目前多相流動過程中，體積區域內流動特徵三維測量存在的不足及套用局限性，圍繞多棱平晶高精度掃描提出一系列新的解決思路，研究了一種新的體積區域內流動特徵三維測量理論與方法。建立了基於多棱平晶連續掃描的體測光學系統，實現了多棱平晶的連續光學掃描，並建立了相應的理論數學模型和近似數學模型，對入射角、平晶轉速與相機幀頻之間的關係等參數進行了分析和最佳化；對層間偏移進行了理論分析，並研究了層間偏移補償方法，通過補償因子對切片位置進行修正，實現了特徵區域的準確對齊，提高了三維重建精度；採用純光學方法模擬相機成像過程，研究了精確校準新方法，實現了角秒級別非參數模型相機校準；研究了切片層間插值技術、匹配和流場三維可視化技術，對密集泡狀流的流場結構進行了三維重建，並對掃描區域內流場的體積空隙率參數等流動特性進行了分析。研究表明，採用基於雷射掃描的流場三維可視化測量法，不僅可以重建流場的三維結構，而且可實現流場任意區域及全場流動狀態的分析，相比傳統方法，具有更大的測量範圍和更高的解析度，優勢明顯。本項目不僅為科學研究和工程領域中兩相/多相運動特性研究提供了一種新的技術手段，也進一步推動了多相流檢測技術的發展。圍繞本項目研究內容，申請發明專利12 項，已授權4 項，在國內外核心刊物和國際會議上發表學術論文21 篇，其中SCI 收錄9 篇、EI 收錄9篇、ISTP收錄2篇，培養碩士研究生8 名。