RGB顏色模型應用于評價頂吹混勻時間的方法
發(fā)布時間：2020-12-06 04:23
針對評價頂吹宏觀混勻時間的方法進行了氣體頂吹攪拌水動力學實驗研究,利用基于混合過程中示蹤粒子的分布隨時間演化規(guī)律的RGB顏色模型來確定攪拌容器內的宏觀混勻時間。通過定義像素閾值分離每一像素,構建混勻像素比M值作為確定混勻時間的指標,觀察M值的變化規(guī)律,利用3σ方法確定混勻時間。針對噴槍插入深度及流量,用量綱為1強度單位表述為0.5和1的實驗工況一,當閾值分數X=90%時,測定混勻時間為13.30s。分析結果發(fā)現,RGB顏色模型能夠基于混合過程中示蹤粒子的分布情況確定混勻時間,且與貝蒂數法和電導率法測定的混勻時間偏差不超過10%。為解決在視覺上評價多相流混合效果等工程問題提供了一種新的思路,為提高ISA爐使用壽命、強化ISA爐冶煉生產以及優(yōu)化ISA爐工藝過程提供了一定的實驗依據。
【文章來源】：化工進展. 2016年09期 第2728-2734頁 北大核心
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
ISA爐水模型動力學模擬實驗1—氮氣；2—玻璃轉子流量計；3—光源；4—白板；5—鐵架子；6—噴槍起升開關；7—噴槍；8—透明圓柱形有機玻璃容器；9—探頭；10—DDSJ-308A型電導率儀；11—攝像機；12—計算機
Ｄ饈笛?1—氮氣；2—玻璃轉子流量計；3—光源；4—白板；5—鐵架子；6—噴槍起升開關；7—噴槍；8—透明圓柱形有機玻璃容器；9—探頭；10—DDSJ-308A型電導率儀；11—攝像機；12—計算機iLLL(2)式中，L為攪拌容器內液面的高度，cm；Li分別為不同實驗工況的噴槍插入深度，cm；i=1，2，3，4。1.2圖樣獲取與處理利用攝像機拍攝并記錄ISA爐水模型實驗的全部過程，利用視頻處理軟件KMPlayer從視頻中捕獲并存儲體現聚苯乙烯顆粒分布形態(tài)變化的流動圖樣（圖樣格式為bmp，分辨率為320×240像素）。如圖2所示，在實驗的起始時刻t=0s，聚苯乙烯顆粒平鋪在化學反應器的底部。在實驗的結束時刻t=∞s，聚苯乙烯顆�；旧先棵撾x攪拌容器的底部，均勻分布在攪拌容器內。由于在有表1不同實驗工況流量及深度的量綱歸一強度流量、深度工況流量/L·h–1深度/cm工況一10.5工況二0.930.5工況三0.830.5工況四0.670.55圖2處理后的實驗圖樣機玻璃反應器的器壁安放了電導率儀的探頭，為了防止圖樣中的探頭對基于圖像處理技術確定混勻時間產生影響，實驗獲取的所有圖樣均切去了探頭的圖像。同時，為了防止圓柱形容器對獲取的實驗圖樣造成幾何失真，所有圖樣均采用圖像處理技術的幾何變換和線性補償的校正方法進行圖像復原[13]。1.3RGB顏色模型在紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色模型（簡稱RGB顏色模型）中，每一種顏色都能夠被表示為純紅、純綠和純藍的0～255之間不同水平的混合，基于笛卡爾坐標系，對任一像素顏色的R、G、B三基色進行歸一化處理，使所有的值都在區(qū)間[0,1]中。對于任一像素顏色C都可以通過改變三基色的數量混合得出，其表達式為式(3)。CrRgGbB(3)式中，r、g、b均為參數。基于RGB顏色模型確?
。對于每張從視頻中捕獲的圖樣，首先計算混勻像素的數目NMixedPixels，其次計算混勻像素比值M=NMixedPixels/NTotalPixels，NTotalPixels為目標區(qū)域像素數目總合，最終繪制混勻像素比M值隨時間t變化的混合曲線圖。（5）確定混勻時間。在混合曲線圖中，觀察曲線的變化規(guī)律，發(fā)現曲線由起始波動上升的狀態(tài)逐漸過渡到最終的穩(wěn)定波動狀態(tài)，與貝蒂數法測定混勻時間的曲線類似，因此利用文獻[14]中的3σ方法確定本實驗的混勻時間。即分別對各組分曲線應用3σ方法確定混勻時間，最終選取各組分首次均達到圖3R組分的像素分離混合均勻的時刻為本實驗的混勻時刻，從而確定混勻時間。理論上當t=0s時，M=0；當t=∞s時，M=100%。通常情況下，首次實現M=100%的時刻被確定為完全混勻時刻。但在實際應用中，基于二維平面進行混合效果分析時，都存在信息丟失的局限性。因此，如果M值穩(wěn)定于一個未足100%的穩(wěn)定水平，那么即認為目標區(qū)域是混合均勻的。2結果與分析2.1確定適宜確定實驗工況一混勻時間的組分在混合過程中，分別選取目標區(qū)域中的兩個不同像素位置，如圖4中A、B兩點，A點位置最終達到混合均勻，B點位置始終未達到混合均勻。觀察這兩個像素的RGB組分像素值隨時間變化情況，A點位置的紅、綠、藍三組分的像素值隨時間的變化逐漸增加，且三組分的像素值隨時間變化趨勢相同，如圖5(a)所示；B點位置的紅、綠、藍三組分的像素值隨時間變化幾乎保持不變，且三組分的像素值隨時間變化趨勢也相同，如圖5(b)所示。因此選取紅、綠、藍三組分來確定最終混勻時間[12]。2.2確定適宜確定實驗工況一混勻時間的閾值分數X值為了確定不同閾值分數X對混勻時間的影響，以取值間隔為5%設定不同閾值分數X值，分別作出三組分?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進0-1測試的多相宏觀混合效果混沌表征[J]. 肖清泰,王華,王仕博,楊濮亦,武凱,徐建新. 化學工程. 2016(02)
[2]雙層槳攪拌槽內層流流場與混合時間的數值模擬[J]. 梁瑛娜,高殿榮,拜亮. 機械工程學報. 2015(16)
[3]雙噴嘴水平對置撞擊流混合器內湍流流動及混沌特性[J]. 張建偉,董鑫,馬紅越,馮穎. 化工進展. 2015(07)
[4]巖心圖像采集中的失真研究與校正[J]. 林科旭,吳曉紅,符耀慶,吳小強,劉金明. 四川大學學報(自然科學版). 2014(03)
[5]沸騰態(tài)氣-液-固攪拌槽內宏觀混合時間的研究[J]. 栗萬博,覃懿達,高正明. 北京化工大學學報(自然科學版). 2014(03)
[6]多種攪拌型式下高黏黃原膠混合過程研究[J]. 周珍,謝明輝,夏建業(yè),郭美錦,儲炬,莊英萍,張嗣良. 化學工程. 2014(05)
[7]乳化瀝青顆粒粒度的圖像分析方法[J]. 周基,田瓊,英紅,芮勇勤. 建筑材料學報. 2013(01)
[8]射流混合設備內混合時間的研究進展[J]. 孟輝波,王艷芬,禹言芳,王偉,王豐,吳劍華. 化工進展. 2012(12)
[9]水流場PIV測試系統(tǒng)示蹤粒子特性研究[J]. 阮馳,孫傳東,白永林,王屹山,任克惠,豐善. 實驗流體力學. 2006(02)
碩士論文
[1]隨動式動態(tài)混合器混合性能研究[D]. 王峰.北京化工大學 2014
本文編號：2900716
【文章來源】：化工進展. 2016年09期 第2728-2734頁 北大核心
【文章頁數】：7 頁
【部分圖文】：
ISA爐水模型動力學模擬實驗1—氮氣；2—玻璃轉子流量計；3—光源；4—白板；5—鐵架子；6—噴槍起升開關；7—噴槍；8—透明圓柱形有機玻璃容器；9—探頭；10—DDSJ-308A型電導率儀；11—攝像機；12—計算機
Ｄ饈笛?1—氮氣；2—玻璃轉子流量計；3—光源；4—白板；5—鐵架子；6—噴槍起升開關；7—噴槍；8—透明圓柱形有機玻璃容器；9—探頭；10—DDSJ-308A型電導率儀；11—攝像機；12—計算機iLLL(2)式中，L為攪拌容器內液面的高度，cm；Li分別為不同實驗工況的噴槍插入深度，cm；i=1，2，3，4。1.2圖樣獲取與處理利用攝像機拍攝并記錄ISA爐水模型實驗的全部過程，利用視頻處理軟件KMPlayer從視頻中捕獲并存儲體現聚苯乙烯顆粒分布形態(tài)變化的流動圖樣（圖樣格式為bmp，分辨率為320×240像素）。如圖2所示，在實驗的起始時刻t=0s，聚苯乙烯顆粒平鋪在化學反應器的底部。在實驗的結束時刻t=∞s，聚苯乙烯顆�；旧先棵撾x攪拌容器的底部，均勻分布在攪拌容器內。由于在有表1不同實驗工況流量及深度的量綱歸一強度流量、深度工況流量/L·h–1深度/cm工況一10.5工況二0.930.5工況三0.830.5工況四0.670.55圖2處理后的實驗圖樣機玻璃反應器的器壁安放了電導率儀的探頭，為了防止圖樣中的探頭對基于圖像處理技術確定混勻時間產生影響，實驗獲取的所有圖樣均切去了探頭的圖像。同時，為了防止圓柱形容器對獲取的實驗圖樣造成幾何失真，所有圖樣均采用圖像處理技術的幾何變換和線性補償的校正方法進行圖像復原[13]。1.3RGB顏色模型在紅(R)、綠(G)、藍(B)三基色模型（簡稱RGB顏色模型）中，每一種顏色都能夠被表示為純紅、純綠和純藍的0～255之間不同水平的混合，基于笛卡爾坐標系，對任一像素顏色的R、G、B三基色進行歸一化處理，使所有的值都在區(qū)間[0,1]中。對于任一像素顏色C都可以通過改變三基色的數量混合得出，其表達式為式(3)。CrRgGbB(3)式中，r、g、b均為參數。基于RGB顏色模型確?
。對于每張從視頻中捕獲的圖樣，首先計算混勻像素的數目NMixedPixels，其次計算混勻像素比值M=NMixedPixels/NTotalPixels，NTotalPixels為目標區(qū)域像素數目總合，最終繪制混勻像素比M值隨時間t變化的混合曲線圖。（5）確定混勻時間。在混合曲線圖中，觀察曲線的變化規(guī)律，發(fā)現曲線由起始波動上升的狀態(tài)逐漸過渡到最終的穩(wěn)定波動狀態(tài)，與貝蒂數法測定混勻時間的曲線類似，因此利用文獻[14]中的3σ方法確定本實驗的混勻時間。即分別對各組分曲線應用3σ方法確定混勻時間，最終選取各組分首次均達到圖3R組分的像素分離混合均勻的時刻為本實驗的混勻時刻，從而確定混勻時間。理論上當t=0s時，M=0；當t=∞s時，M=100%。通常情況下，首次實現M=100%的時刻被確定為完全混勻時刻。但在實際應用中，基于二維平面進行混合效果分析時，都存在信息丟失的局限性。因此，如果M值穩(wěn)定于一個未足100%的穩(wěn)定水平，那么即認為目標區(qū)域是混合均勻的。2結果與分析2.1確定適宜確定實驗工況一混勻時間的組分在混合過程中，分別選取目標區(qū)域中的兩個不同像素位置，如圖4中A、B兩點，A點位置最終達到混合均勻，B點位置始終未達到混合均勻。觀察這兩個像素的RGB組分像素值隨時間變化情況，A點位置的紅、綠、藍三組分的像素值隨時間的變化逐漸增加，且三組分的像素值隨時間變化趨勢相同，如圖5(a)所示；B點位置的紅、綠、藍三組分的像素值隨時間變化幾乎保持不變，且三組分的像素值隨時間變化趨勢也相同，如圖5(b)所示。因此選取紅、綠、藍三組分來確定最終混勻時間[12]。2.2確定適宜確定實驗工況一混勻時間的閾值分數X值為了確定不同閾值分數X對混勻時間的影響，以取值間隔為5%設定不同閾值分數X值，分別作出三組分?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于改進0-1測試的多相宏觀混合效果混沌表征[J]. 肖清泰,王華,王仕博,楊濮亦,武凱,徐建新. 化學工程. 2016(02)
[2]雙層槳攪拌槽內層流流場與混合時間的數值模擬[J]. 梁瑛娜,高殿榮,拜亮. 機械工程學報. 2015(16)
[3]雙噴嘴水平對置撞擊流混合器內湍流流動及混沌特性[J]. 張建偉,董鑫,馬紅越,馮穎. 化工進展. 2015(07)
[4]巖心圖像采集中的失真研究與校正[J]. 林科旭,吳曉紅,符耀慶,吳小強,劉金明. 四川大學學報(自然科學版). 2014(03)
[5]沸騰態(tài)氣-液-固攪拌槽內宏觀混合時間的研究[J]. 栗萬博,覃懿達,高正明. 北京化工大學學報(自然科學版). 2014(03)
[6]多種攪拌型式下高黏黃原膠混合過程研究[J]. 周珍,謝明輝,夏建業(yè),郭美錦,儲炬,莊英萍,張嗣良. 化學工程. 2014(05)
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[8]射流混合設備內混合時間的研究進展[J]. 孟輝波,王艷芬,禹言芳,王偉,王豐,吳劍華. 化工進展. 2012(12)
[9]水流場PIV測試系統(tǒng)示蹤粒子特性研究[J]. 阮馳,孫傳東,白永林,王屹山,任克惠,豐善. 實驗流體力學. 2006(02)
碩士論文
[1]隨動式動態(tài)混合器混合性能研究[D]. 王峰.北京化工大學 2014
本文編號：2900716
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