RGB颜色模型应用于评价顶吹混匀时间的方法
发布时间：2020-12-06 04:23
针对评价顶吹宏观混匀时间的方法进行了气体顶吹搅拌水动力学实验研究,利用基于混合过程中示踪粒子的分布随时间演化规律的RGB颜色模型来确定搅拌容器内的宏观混匀时间。通过定义像素阈值分离每一像素,构建混匀像素比M值作为确定混匀时间的指标,观察M值的变化规律,利用3σ方法确定混匀时间。针对喷枪插入深度及流量,用量纲为1强度单位表述为0.5和1的实验工况一,当阈值分数X=90%时,测定混匀时间为13.30s。分析结果发现,RGB颜色模型能够基于混合过程中示踪粒子的分布情况确定混匀时间,且与贝蒂数法和电导率法测定的混匀时间偏差不超过10%。为解决在视觉上评价多相流混合效果等工程问题提供了一种新的思路,为提高ISA炉使用寿命、强化ISA炉冶炼生产以及优化ISA炉工艺过程提供了一定的实验依据。
【文章来源】：化工进展. 2016年09期 第2728-2734页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
ISA炉水模型动力学模拟实验1—氮气；2—玻璃转子流量计；3—光源；4—白板；5—铁架子；6—喷枪起升开关；7—喷枪；8—透明圆柱形有机玻璃容器；9—探头；10—DDSJ-308A型电导率仪；11—摄像机；12—计算机
Ｄ馐笛?1—氮气；2—玻璃转子流量计；3—光源；4—白板；5—铁架子；6—喷枪起升开关；7—喷枪；8—透明圆柱形有机玻璃容器；9—探头；10—DDSJ-308A型电导率仪；11—摄像机；12—计算机iLLL(2)式中，L为搅拌容器内液面的高度，cm；Li分别为不同实验工况的喷枪插入深度，cm；i=1，2，3，4。1.2图样获取与处理利用摄像机拍摄并记录ISA炉水模型实验的全部过程，利用视频处理软件KMPlayer从视频中捕获并存储体现聚苯乙烯颗粒分布形态变化的流动图样（图样格式为bmp，分辨率为320×240像素）。如图2所示，在实验的起始时刻t=0s，聚苯乙烯颗粒平铺在化学反应器的底部。在实验的结束时刻t=∞s，聚苯乙烯颗粒基本上全部脱离搅拌容器的底部，均匀分布在搅拌容器内。由于在有表1不同实验工况流量及深度的量纲归一强度流量、深度工况流量/L·h–1深度/cm工况一10.5工况二0.930.5工况三0.830.5工况四0.670.55图2处理后的实验图样机玻璃反应器的器壁安放了电导率仪的探头，为了防止图样中的探头对基于图像处理技术确定混匀时间产生影响，实验获取的所有图样均切去了探头的图像。同时，为了防止圆柱形容器对获取的实验图样造成几何失真，所有图样均采用图像处理技术的几何变换和线性补偿的校正方法进行图像复原[13]。1.3RGB颜色模型在红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色模型（简称RGB颜色模型）中，每一种颜色都能够被表示为纯红、纯绿和纯蓝的0～255之间不同水平的混合，基于笛卡尔坐标系，对任一像素颜色的R、G、B三基色进行归一化处理，使所有的值都在区间[0,1]中。对于任一像素颜色C都可以通过改变三基色的数量混合得出，其表达式为式(3)。CrRgGbB(3)式中，r、g、b均为参数。基于RGB颜色模型确?
。对于每张从视频中捕获的图样，首先计算混匀像素的数目NMixedPixels，其次计算混匀像素比值M=NMixedPixels/NTotalPixels，NTotalPixels为目标区域像素数目总合，最终绘制混匀像素比M值随时间t变化的混合曲线图。（5）确定混匀时间。在混合曲线图中，观察曲线的变化规律，发现曲线由起始波动上升的状态逐渐过渡到最终的稳定波动状态，与贝蒂数法测定混匀时间的曲线类似，因此利用文献[14]中的3σ方法确定本实验的混匀时间。即分别对各组分曲线应用3σ方法确定混匀时间，最终选取各组分首次均达到图3R组分的像素分离混合均匀的时刻为本实验的混匀时刻，从而确定混匀时间。理论上当t=0s时，M=0；当t=∞s时，M=100%。通常情况下，首次实现M=100%的时刻被确定为完全混匀时刻。但在实际应用中，基于二维平面进行混合效果分析时，都存在信息丢失的局限性。因此，如果M值稳定于一个未足100%的稳定水平，那么即认为目标区域是混合均匀的。2结果与分析2.1确定适宜确定实验工况一混匀时间的组分在混合过程中，分别选取目标区域中的两个不同像素位置，如图4中A、B两点，A点位置最终达到混合均匀，B点位置始终未达到混合均匀。观察这两个像素的RGB组分像素值随时间变化情况，A点位置的红、绿、蓝三组分的像素值随时间的变化逐渐增加，且三组分的像素值随时间变化趋势相同，如图5(a)所示；B点位置的红、绿、蓝三组分的像素值随时间变化几乎保持不变，且三组分的像素值随时间变化趋势也相同，如图5(b)所示。因此选取红、绿、蓝三组分来确定最终混匀时间[12]。2.2确定适宜确定实验工况一混匀时间的阈值分数X值为了确定不同阈值分数X对混匀时间的影响，以取值间隔为5%设定不同阈值分数X值，分别作出三组分?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进0-1测试的多相宏观混合效果混沌表征[J]. 肖清泰,王华,王仕博,杨濮亦,武凯,徐建新. 化学工程. 2016(02)
[2]双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟[J]. 梁瑛娜,高殿荣,拜亮. 机械工程学报. 2015(16)
[3]双喷嘴水平对置撞击流混合器内湍流流动及混沌特性[J]. 张建伟,董鑫,马红越,冯颖. 化工进展. 2015(07)
[4]岩心图像采集中的失真研究与校正[J]. 林科旭,吴晓红,符耀庆,吴小强,刘金明. 四川大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]沸腾态气-液-固搅拌槽内宏观混合时间的研究[J]. 栗万博,覃懿达,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]多种搅拌型式下高黏黄原胶混合过程研究[J]. 周珍,谢明辉,夏建业,郭美锦,储炬,庄英萍,张嗣良. 化学工程. 2014(05)
[7]乳化沥青颗粒粒度的图像分析方法[J]. 周基,田琼,英红,芮勇勤. 建筑材料学报. 2013(01)
[8]射流混合设备内混合时间的研究进展[J]. 孟辉波,王艳芬,禹言芳,王伟,王丰,吴剑华. 化工进展. 2012(12)
[9]水流场PIV测试系统示踪粒子特性研究[J]. 阮驰,孙传东,白永林,王屹山,任克惠,丰善. 实验流体力学. 2006(02)
硕士论文
[1]随动式动态混合器混合性能研究[D]. 王峰.北京化工大学 2014
本文编号：2900716
【文章来源】：化工进展. 2016年09期 第2728-2734页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
ISA炉水模型动力学模拟实验1—氮气；2—玻璃转子流量计；3—光源；4—白板；5—铁架子；6—喷枪起升开关；7—喷枪；8—透明圆柱形有机玻璃容器；9—探头；10—DDSJ-308A型电导率仪；11—摄像机；12—计算机
Ｄ馐笛?1—氮气；2—玻璃转子流量计；3—光源；4—白板；5—铁架子；6—喷枪起升开关；7—喷枪；8—透明圆柱形有机玻璃容器；9—探头；10—DDSJ-308A型电导率仪；11—摄像机；12—计算机iLLL(2)式中，L为搅拌容器内液面的高度，cm；Li分别为不同实验工况的喷枪插入深度，cm；i=1，2，3，4。1.2图样获取与处理利用摄像机拍摄并记录ISA炉水模型实验的全部过程，利用视频处理软件KMPlayer从视频中捕获并存储体现聚苯乙烯颗粒分布形态变化的流动图样（图样格式为bmp，分辨率为320×240像素）。如图2所示，在实验的起始时刻t=0s，聚苯乙烯颗粒平铺在化学反应器的底部。在实验的结束时刻t=∞s，聚苯乙烯颗粒基本上全部脱离搅拌容器的底部，均匀分布在搅拌容器内。由于在有表1不同实验工况流量及深度的量纲归一强度流量、深度工况流量/L·h–1深度/cm工况一10.5工况二0.930.5工况三0.830.5工况四0.670.55图2处理后的实验图样机玻璃反应器的器壁安放了电导率仪的探头，为了防止图样中的探头对基于图像处理技术确定混匀时间产生影响，实验获取的所有图样均切去了探头的图像。同时，为了防止圆柱形容器对获取的实验图样造成几何失真，所有图样均采用图像处理技术的几何变换和线性补偿的校正方法进行图像复原[13]。1.3RGB颜色模型在红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色模型（简称RGB颜色模型）中，每一种颜色都能够被表示为纯红、纯绿和纯蓝的0～255之间不同水平的混合，基于笛卡尔坐标系，对任一像素颜色的R、G、B三基色进行归一化处理，使所有的值都在区间[0,1]中。对于任一像素颜色C都可以通过改变三基色的数量混合得出，其表达式为式(3)。CrRgGbB(3)式中，r、g、b均为参数。基于RGB颜色模型确?
。对于每张从视频中捕获的图样，首先计算混匀像素的数目NMixedPixels，其次计算混匀像素比值M=NMixedPixels/NTotalPixels，NTotalPixels为目标区域像素数目总合，最终绘制混匀像素比M值随时间t变化的混合曲线图。（5）确定混匀时间。在混合曲线图中，观察曲线的变化规律，发现曲线由起始波动上升的状态逐渐过渡到最终的稳定波动状态，与贝蒂数法测定混匀时间的曲线类似，因此利用文献[14]中的3σ方法确定本实验的混匀时间。即分别对各组分曲线应用3σ方法确定混匀时间，最终选取各组分首次均达到图3R组分的像素分离混合均匀的时刻为本实验的混匀时刻，从而确定混匀时间。理论上当t=0s时，M=0；当t=∞s时，M=100%。通常情况下，首次实现M=100%的时刻被确定为完全混匀时刻。但在实际应用中，基于二维平面进行混合效果分析时，都存在信息丢失的局限性。因此，如果M值稳定于一个未足100%的稳定水平，那么即认为目标区域是混合均匀的。2结果与分析2.1确定适宜确定实验工况一混匀时间的组分在混合过程中，分别选取目标区域中的两个不同像素位置，如图4中A、B两点，A点位置最终达到混合均匀，B点位置始终未达到混合均匀。观察这两个像素的RGB组分像素值随时间变化情况，A点位置的红、绿、蓝三组分的像素值随时间的变化逐渐增加，且三组分的像素值随时间变化趋势相同，如图5(a)所示；B点位置的红、绿、蓝三组分的像素值随时间变化几乎保持不变，且三组分的像素值随时间变化趋势也相同，如图5(b)所示。因此选取红、绿、蓝三组分来确定最终混匀时间[12]。2.2确定适宜确定实验工况一混匀时间的阈值分数X值为了确定不同阈值分数X对混匀时间的影响，以取值间隔为5%设定不同阈值分数X值，分别作出三组分?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进0-1测试的多相宏观混合效果混沌表征[J]. 肖清泰,王华,王仕博,杨濮亦,武凯,徐建新. 化学工程. 2016(02)
[2]双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟[J]. 梁瑛娜,高殿荣,拜亮. 机械工程学报. 2015(16)
[3]双喷嘴水平对置撞击流混合器内湍流流动及混沌特性[J]. 张建伟,董鑫,马红越,冯颖. 化工进展. 2015(07)
[4]岩心图像采集中的失真研究与校正[J]. 林科旭,吴晓红,符耀庆,吴小强,刘金明. 四川大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]沸腾态气-液-固搅拌槽内宏观混合时间的研究[J]. 栗万博,覃懿达,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[6]多种搅拌型式下高黏黄原胶混合过程研究[J]. 周珍,谢明辉,夏建业,郭美锦,储炬,庄英萍,张嗣良. 化学工程. 2014(05)
[7]乳化沥青颗粒粒度的图像分析方法[J]. 周基,田琼,英红,芮勇勤. 建筑材料学报. 2013(01)
[8]射流混合设备内混合时间的研究进展[J]. 孟辉波,王艳芬,禹言芳,王伟,王丰,吴剑华. 化工进展. 2012(12)
[9]水流场PIV测试系统示踪粒子特性研究[J]. 阮驰,孙传东,白永林,王屹山,任克惠,丰善. 实验流体力学. 2006(02)
硕士论文
[1]随动式动态混合器混合性能研究[D]. 王峰.北京化工大学 2014
本文编号：2900716
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