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数字图像处理技术在掺气浓度测量中的应用研究

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四川大学学报（工程科学版） 2003年第1期35卷 24-26页

作者：刘荣丽戴光清陈刚四川大学高速水力学国家重点实验室四川成都610065 西安理工大学水电学院陕西西安710048

结合掺气水流的特点,采用一种迭代法确定图像最佳阈值,提出计算掺气浓度的图像处理算法,由此计算的掺气浓度精度令人满意,并通过实验验证了其可靠性,从而为数字图像处理技术在高速水力学中的应用做出了成功的探索。

关键词：数字图像处理测量掺气浓度阈值计算掺气水流高速水力学

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掺气浓度测量仪的研制与应用

长江科学院院报 1995年第3期12卷 67-73页

作者：张海清

叙述了掺气浓度测量仪器系统的研制与应用，为水工模型试验与大坝原型实测掺气浓度，提供了可靠的测量仪器系统。

关键词：水工模型试验掺气浓度测量仪原型观测

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掺气减蚀设施后沿程掺气浓度的数学模拟

水利学报 1987年第9期 17-24页

作者：罗铭成都科学技术大学

由流场中气泡主要随大尺度涡体随机运动而运动的物理模型,建立气泡符合Markov链过程随机游动数学模型,并简化为一步转移随机游动模型,已知初边值条件后,可实现计算机模拟气泡游动,求解气泡源后断面气泡密度分布.具体提出渐变流场内参数u... 详细信息

由流场中气泡主要随大尺度涡体随机运动而运动的物理模型,建立气泡符合Markov链过程随机游动数学模型,并简化为一步转移随机游动模型,已知初边值条件后,可实现计算机模拟气泡游动,求解气泡源后断面气泡密度分布.具体提出渐变流场内参数u,(u′~2)和K值及边界条件确定方法,使掺气减蚀设施后断面掺气浓度分布和有效保护长度可以得解.

关键词：掺气浓度气泡水流条件掺气减蚀沿程变化数学模拟数学方法

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泄槽底部掺气坎后水流掺气浓度分布模型试验

水利水电科技进展 2014年第5期34卷 12-16页

作者：马关博徐一民乔梁荣岩昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500

针对泄槽底部掺气坎后的掺气浓度分布规律较为复杂、研究成果较少的问题,为了更清楚地探究泄槽底部掺气坎后上游直段、反弧段及下游直段水流掺气浓度分布规律,采用含有反弧段的泄槽进行模型试验研究。试验结果表明:上游直段、反弧段及... 详细信息

针对泄槽底部掺气坎后的掺气浓度分布规律较为复杂、研究成果较少的问题,为了更清楚地探究泄槽底部掺气坎后上游直段、反弧段及下游直段水流掺气浓度分布规律,采用含有反弧段的泄槽进行模型试验研究。试验结果表明:上游直段、反弧段及下游直段水流中不同水深处掺气浓度的沿程变化规律是不相同的;其他条件不变时,水流掺气浓度随掺气坎高度的增加而增大,随反弧段反弧半径的减小而减小;掺气坎高度和反弧半径对掺气设施的有效保护范围有一定的影响,适当提高掺气坎的高度和反弧段的半径对增大掺气设施的有效保护长度有利。

关键词：泄槽掺气坎反弧段高速水流空蚀掺气浓度高坝

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掺气浓度对水噪声影响的试验研究

掺气浓度对水噪声影响的试验研究

作者：梁士鹏沈阳农业大学

学位级别：硕士

水利工程中,挑流和底流是常用的消能方式。挑流消能中,水流从挑坎射入下游消力池中,其与下游水体发生碰撞,入射点附近会掺入空气产生巨大旋滚,同时产生水噪声。底流消能中,水流从建筑物下泄至消力池会掺入空气,也会产生水噪声。水噪声... 详细信息

水利工程中,挑流和底流是常用的消能方式。挑流消能中,水流从挑坎射入下游消力池中,其与下游水体发生碰撞,入射点附近会掺入空气产生巨大旋滚,同时产生水噪声。底流消能中,水流从建筑物下泄至消力池会掺入空气,也会产生水噪声。水噪声不但与水流的紊动有关,而且与水流掺入的气体多少有关。为解决水噪声产生机理问题,同时探究掺气浓度对水噪声产生的影响。试验从水滴、水流下落产生掺气入手,设置水滴、挑流、底流试验工况,分析各工况的掺气浓度分布,同时对水噪声频谱分析,得到各工况下掺气浓度对水噪声的影响,得到了影响水噪声的主要因素,引入影响水噪声因素的无量纲数与水噪声进行回归分析,得到水噪声关于弗汝德数和掺气浓度的回归方程。试验中利用高速摄像机采集水滴下落的图片,通过改变水滴直径、水滴下落高度及下落滴数对不同工况进行试验,用Photoshop图像处理软件和CAD制图软件对所采集的图像进行后期处理,得到不同工况下水滴下落后掺入气体的量。利用CQ6-2005电阻式掺气浓度仪对挑流下泄至水垫塘以及底流试验消力池内的掺气浓度分布进行实测,得到不同工况下水垫塘以及消力池内掺气浓度分布规律。利用旋桨式流速仪对水垫塘和消力池内流速进行实测,得到了不同工况的流场分布。主要规律如下:(1)水滴下落过程中,随水滴直径的增大,水滴与液面接触的铺展面积增大,水滴下落后动能转化为液面的紊动能变大,掺气浓度呈减小的趋势;(2)挑流试验中,水垫塘内的流速梯度随流量增大呈增大的趋势。下泄的流量、下落高度和水垫塘深度对水垫塘内掺气浓度分布影响较大,水流的挑射角度对掺气浓度影响较小;(3)底流试验中,宽顶堰下泄流量及消力池尾坎高度对消力池内流场和掺气浓度分布影响较大,下泄流量影响消力池内流速梯度,消力池尾坎高度影响堰后发生掺气的位置。使用ZonicBook专业振动噪声分析系统和AWA6228多功能声级计对水滴下落、水流挑射至水垫塘以及底流消力池内产生水噪声采集。根据1/3倍频程将水噪声分为低频、中频以及高频,水流紊动产生脉动辐射噪声其为低频,频率范围在20-500Hz;水滴下落过程中有气体掺入形成气泡,气泡破灭产生的水噪声频率为中高频,其中初次产生的气泡频率为高频,范围在2000-8000Hz,而次生气泡产生的水噪声为中频,频率范围在500-2000Hz。根据对频谱的分析得到以下主要规律:(1)水滴下落产生的水噪声声压级与掺气浓度和液面的紊动有关,水噪声的频率多为高频范围;(2)挑流试验中,水垫塘内平行水流方向的水流噪声呈减小趋势,在距下落点一定距离内水流噪声由掺气气泡破灭噪声和水流脉动辐射噪声两部分组成,而在掺气逸出后的水流噪声主要为水流脉动辐射噪声;(3)底流试验中,消力池内水流噪声在发生掺气位置处至掺气逸出间由掺气气泡破灭噪声和脉动辐射噪声两部分组成,频率范围在高、中、低频都有发生,但以高频为主。消力池内未发生掺气的位置水噪声主要为脉动辐射噪声,主要频率范围集中在低频,噪声的音调较低。通过对所采集的水噪声数据进行频谱分析,确定了各个工况下水噪声产生的主要因素,分析出了水流紊动和掺气浓度为水噪声产生的主要因素。弗汝德数Fr表示水流的紊动情况,掺气浓度C表示水流下泄后掺入气体的情况,引入影响水噪声因素的无量纲数弗汝德数Fr和掺气浓度C,将无量纲数与水噪声声压级进行回归分析,得到了水噪声关于汝德数Fr和掺气浓度C的回归方程:L=63.28+0.80Fr+0.54C。

关键词：掺气浓度无量纲数水噪声频谱分析

水垫塘冲击区掺气浓度对脉动压强作用的试验研究

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水利水电技术 2018年第4期49卷 70-75页

作者：马文韬杨红宣张功育赵伟王海军昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 云南秀川水利水电勘察设计有限公司云南昆明650021

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流... 详细信息

采用水工模型试验,研究泄流进入水垫塘后在水垫塘底板冲击区内掺气浓度对脉动压强的作用。通过改变掺气量,使水垫塘内水体的掺气浓度发生变化,开展不同的掺气浓度对水垫塘冲击区底板脉动压强影响的研究。结果表明:在保持水垫深度和泄流流量不变的情况下,增加掺气量,水垫塘冲击区同一测点水体掺气浓度值随掺气量的增加而增加。水垫塘冲击区内掺气浓度分布规律为在冲击点处达到最大值,由冲击点向上、下游递减;冲击区底板总动水压强的峰值随掺气量的增加而降低;脉动压强的方差值随掺气量的增加而减小,即脉动变幅减小。脉动压强的概率密度分布为正态分布,分布曲线随掺气量的增加而变陡、变窄,脉动强度系数分布集中,即方差变小,压强峰值减小,脉动强度减小。同一测点脉动压强的频谱分布规律一致,其优势频率集中在低频范围,随掺气量的增加,脉动幅值降低,即脉动压强降低。

关键词：水垫塘掺气浓度脉动压强概率密度频谱特性

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虹吸井溢流堰跌水掺气浓度数值模拟探索研究

水利水电技术 2019年第3期50卷 97-102页

作者：李明达纪平秦晓中国水利水电科学研究院北京100038

滨海电厂排水虹吸井溢流堰跌水掺气是造成受纳海域泡沫污染的重要因素之一,掌握虹吸井段跌水掺气浓度对研究排水消泡措施具有重要意义。鉴于掺气试验物理模型相似性、复杂水流条件下掺气浓度测量精度、模型试验周期和成本等问题,虹吸井... 详细信息

滨海电厂排水虹吸井溢流堰跌水掺气是造成受纳海域泡沫污染的重要因素之一,掌握虹吸井段跌水掺气浓度对研究排水消泡措施具有重要意义。鉴于掺气试验物理模型相似性、复杂水流条件下掺气浓度测量精度、模型试验周期和成本等问题,虹吸井物理模型试验具有一定的局限性。随着计算流体力学软件发展成熟,数值模拟方法逐渐成为研究复杂流动的有效工具,且可进行多方案分析计算,对物理模型试验具有指导、补充作用。本文采用FLUENT软件结合VOF模型与标准k-ε模型对虹吸井溢流堰跌水掺气问题进行了数值模拟。通过与物理模型试验结果的对比分析,显示有较好的拟合性。在此基础上,计算分析了虹吸井溢流堰下游不同过流量、不同潮水位和不同跌水高度的掺气浓度变化。计算结果证明此方法可在一定程度上反映掺气浓度的变化规律,并可为不同工程方案掺气程度对比研究提供依据。

关键词：掺气浓度数值模拟 VOF模型虹吸井

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弯道水流掺气浓度分布规律试验研究

人民长江 2019年第A01期50卷 301-304,345页

作者：贾志军张功育马文涛番华芬昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 云南秀川水利水电勘测设计有限公司云南昆明650021 云南省水利水电勘测设计研究院云南昆明650500

关于弯道水流的水流结构、紊动特性、泥沙输移、床面变形等研究成果较多,而掺气研究较少。采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,研究了弯道水流掺气浓度分布规律。实验装置由掺气设施及起始直段、左向弯道、中间直段、右向弯道、末... 详细信息

关于弯道水流的水流结构、紊动特性、泥沙输移、床面变形等研究成果较多,而掺气研究较少。采用物理模型试验与理论分析相结合的方法,研究了弯道水流掺气浓度分布规律。实验装置由掺气设施及起始直段、左向弯道、中间直段、右向弯道、末尾直段组成。实验结果表明:弯道水流掺气浓度沿程递减,在凸岸一侧沿程减小的速率较快,凹岸反之;在垂线方向上气体的迁移扩散与水流的结构特性有密切的关系,底部掺气浓度值小,上部掺气浓度值大;各个断面凹岸侧横向掺气浓度值大于凸岸侧。

关键词：掺气浓度弯道水流物理模型凸岸凹岸

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基于数字图像处理的掺气浓度测量研究

长江科学院院报 2011年第11期28卷 47-51页

作者：李静周赤姜伯乐长江科学院水力学研究所武汉430010

通过试验室研究,借助高速数码摄像机,结合面向对象的VC高级编程技术,开发掺气浓度图像分析软件,提出一种自动识别水气二相流中气泡的数字图像处理方法,并进一步给出计算二维、瞬时掺气浓度场的算法。图像处理技术与水气两相流实测研究... 详细信息

通过试验室研究,借助高速数码摄像机,结合面向对象的VC高级编程技术,开发掺气浓度图像分析软件,提出一种自动识别水气二相流中气泡的数字图像处理方法,并进一步给出计算二维、瞬时掺气浓度场的算法。图像处理技术与水气两相流实测研究相结合的尝试和探索,体现了多学科的交叉。研究成果将提高对高速水流掺气机理的认识,为今后进一步深入研究图像处理技术在水流流场特别是高速水气两相流流场测量中的应用打下良好的基础,对提高掺气浓度的测量水平和精度,进而提高水力模型试验水平、满足工程设计要求等都具有较高的学术意义和实用价值。

关键词：掺气浓度阈值分割迭代法 OTSU法局部动态阈值