PDF《循环 流化 床 内颗粒 运动 的PI V测试》

1 V测试 ・3

7 9 ・ 实验在一台

4 m高,200mm*2

0 0 m m矩形横截 面循环流 化床实 验 台上完成 .实 验装 置如 图1所示.该系统 由主床 、 旋风分离器 、 立管和回料密封装 置组成 .空气经 由布风板 引人将颗粒 流化后 , 在分 离器处气 固分离 , 气体经布袋除尘器、 引风机和烟囱 排人大气 , 颗粒经立管送 回主床形成循环 . 实验所用床料为平均粒径

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2 / a n 的河沙 , 其物 理特 性为:真实密度为3020km3,堆积密度为1580kg/m~ , 最小流化速度为

0 .

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4 m / s . 粒子运动部分测试位 置距 地1663mill,分别 距壁1cm、

2 c m、

4 c m和9.5cm.由于 P I V测试 中激光 源与 C C D相机布置需垂直 , 所 以将实验 台相邻侧壁 改造为玻璃 ( 厚5mil1).在激光片光照射下 , 所测侧 面粒子 图象 由CCD摄像头记 录.P I V测试 系统布置 如图

2 所示 . 一Ej 激光测试区图2PIV测 试 系统布 置图3互相关图像处理数学模型 由于二维 P I V技术 图像与实空 间都为平 面, 图 像速度与实际速度之间只要利用长度样板就可定 出 两者之间的比例关 系, 转换很方便 .在确定粒 子速 度的过程中连续两 幅图像 中粒 子的对应非常关键 . 下面就简单给 出互相关图像粒子对判定的数学模型 及确定颗粒速度的公式 .更详细的推导过程参见文 献[

7 ] . 在一个 向量空间中定 义两个函数 厂()、g(X) , 则两函数之间的相关 系数为 : l X ) g ( X ) d / z ( X ) X 其中参数 t z ( X)一维时为长度 、 二维时为面积 、 三维 时为体积. 在空间中定义两个 部分空 间的集合 { 层} ( i = l ,

2 , … , n ) 和{}(=l ,

2 , … , r n ) , 在该集合 中, 若)和g()分别满足 : f ( X)= . C t i E( ) (

2 ) g ( x)= , ( X) (

3 ) 其中 : a l 和 为常数 , E( )和,( )分别为定义 在空间 E i 和 上的函数 , 有:一『1∈EiE()={ 一(4)E,()* E ( )= E . n

2 ( ) : 订=i2(5)l―E(X)d/z(X)=t z ( E i ) (

6 ) 则,()和g(X) 成为阶段 函数 , 可得 : l √ ( ) ( X ) =. a ;

( ) (

7 ) l =

1 I 一一m. . J g Z ( X ) d t z ( X ) = ( ) (

8 ) Y , ;

l 一'

J)g()d()=三三Cti(n)(9)将式 (

7 ) 式(9)代人式 (

1 )得::害(10)√ia(Et)√卢;

()若{}(1,2,…, n ) 和{}(=1 ,

2 , …, m) 分别 代表两个时刻粒子所 占有 的像素空间 , n , m 分别代 表两个时刻的粒子所 占有的像素数 , 口、为图像 的 灰度值 , 则式(

1 0 )即为连续两幅图像 中粒 子对应判 定的数学模 型. 如何判断所测连续时刻两幅图像 中粒子为同一 粒子 , 即粒子之间的对应是确定粒子速度的关键 , 如图3所示. 首先在图3 前部分 图像中选择一个参考粒 子及其周围区域 , 为参考粒子 , 为以 为 中心、 半径为 R的搜索区域内的粒子. 然后在 图3后部分 图像 中选择候补粒子及其周 围区域 , 为图 3后部 分 图像 的候补粒子 , 为以 为中心 、 半径为 的 搜索区域 内的粒子. 再利用式 (

1 0 ) 计算参考粒子 和 候补粒子所对应的两个研究 区域 的相关 系数, 比较 参考粒子和所有候 补粒 子的相关系数值 , 最大值所 维普资讯 http://www.cqvip.com ・

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0 ・ 、 \ 能动力工程2003年 对应的候补粒子 即为参考粒子的同一粒子 . 图3在t时刻和 t+ 时刻图像粒子对应示意图 粒子对应完成后 , 可 以计算 出粒子的移动距离 , 粒子速度为 : : , : (

1 1 ) , L 儿其中: u和 为粒子速度分量 , s 和s分别为粒子 在和'