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内容简介

　　《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》是作者周云龙、杨宁、郑建祥、李洪伟多年来从事气固两相流参数检测理论和试验研究工作所取得的研究成果的总结。全书共7章，主要内容包括基于压力信号和图像信号的气固两相流流型识别、基于数字图像处理技术的气泡和颗粒行为特征参数检测、基于PTV法及光流法的气固两相流流场检测、基于黏附性颗粒流动模型的团聚流态化数值模拟、颗粒团聚行为及其参数检测。
　　《气固两相流多参数检测及团聚机理研究与应用》可供工程热物理、热能工程、控制理论和控制工程、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、测试计量技术与仪器、供热、供燃气、通风及空调工程等相关专业的科技人员、工程设计人员阅读，也可作为高等院校相关专业的研究生教材、本科生选修教材或参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 两相流的定义和分类
1．1．1 两相流的定义
1．1．2 两相流的分类
l．2 两相流的特点
1．3 两相流参数检测方法及分类
1．3．1 参数检测的主要方法
1．3．2 两相流参数的分类
1．4 气固两相流参数检测的研究
1．4．1 参数检测的工程背景及意义
1．4．2 参数检测的研究进展及现状
1．4．3 参数检测存在的问题
1．5 气固两相流典型设备及联系
1．5．1 气固两相流典型设备
1．5．2 流化床与喷动床的区别与联系
参考文献

第2章 基于压力信号的气固两相流流型识别
2．1 气固两相流的典型流型
2．1．1 气固两相流流型划分
2．1．2 气固两相典型的流型特征
2．1．3 流型识别中拟解决关键问题
2．2 实验系统及实验步骤
2．2．1 实验装置简介
2．2．2 实验步骤
2．3 实验参数的测量
2．3．1 信号的采集与压力传感器的选择
2．3．2 实验所观察到的流型
2．4 压力脉动信号的去噪处理
2．4．1 几种一代小波去噪基本原理
2．4．2 二代小波原理
2．4．3 一代小波与二代小波除噪比较
2．5 压力脉动信号的时频分析
2．5．1 时频分析
2．5．2 数据结果分析
2．6 压力脉动信号的非线性分析
2．6．1 非线性分析
2．6．2 数据结果聚类分析
2．6．3 数据结果递归分析
2．7 压力脉动信号的混沌特性和多重分形分析
2．7．1 混沌特性分析
2．7．2 多重分形分析
2．8 流型识别模式的分析与选取
2．8．1 人工鱼群基本理论
2．8．2 BP神经网络
2．8．3 Elman神经网络
2．8．4 人工鱼群算法优化BP网络的过程
2．8．5 统计特征参数
2．8．6 实验结果与分析
本章小结
参考文献

第3章 基于图像信号的气固两相流型识别
3．1 实验系统及实验步骤
3．1．1 实验装置简介
3．1．2 实验步骤
3．2 数字图像采集系统
3．2．1 高速摄影机系统
3．2．2 图像拍摄方式的选择
3．2．3 照明系统的选择
3．2．4 流化床气固两相流动图像的获取
3．2．5 流型图像的预处理
3．3 流化床气固两相流流型图像特征提取
3．3．1 流型图像的灰度直方图统计特征
3．3．2 流型图像的傅里叶变换纹理特征
3．3．3 流型图像的小波．分形特征
3．3．4 流型图像的多重分形特征
3．4 流型识别分类器的分析与选取
3．4．1 BP神经网络模型
3．4．2 概率神经网络模型
3．4．3 遗传神经网络模型
3．4．4 神经网络模型在流型识别的应用
3．4．5 流型识别方法比较
本章小结
参考文献

第4章 气泡、颗粒行为特征研究
4．1 实验系统与实验步骤
4．2 气固两相流图像处理过程
4．2．1 图像去噪
4．2．2 纠正不均匀光照
4．2．3 图像二值化
4．2．4 粘连颗粒分割
4．3 浓相气固两相流气泡行为研究
4．3．1 气泡参数
4．3．2 气泡上升过程中的行为分析
4．3．3 气泡聚合过程中的行为分析
4．3．4 气泡分裂过程中的行为分析
4．4 稀相气固两相流动图像特征分析
4．4．1 固体颗粒标号
4．4．2 参数计算
4．4．3 气固混合比
4．4．4 体积空隙率
4．4．5 质量含固率
4．4．6 实验结果分析
4．5 误差来源分析
本章小结
参考文献

第5章 气固两相流流场检测与分析
5．1 基于特征相似度的PTV匹配算法
5．1．1 颗粒图像特征的提取
5．1．2 颗粒速度的测量
5．2 基于粒子群优化Hopfleld网络的PTV匹配算法
5．2．1 能量函数的设计
5．2．2 基于PSO优化的Hopfield网络对颗粒进行匹配
5．3 光流分析的计算方法
5．3．1 光流算法概述
5．3．2 光流算法的基本原理
5．3．3 几种经典的光流算法
5．4 基于光流法的气固循环流化床流场测速
5．4．1 MQD互相关算法
5．4．2 实验结果与分析
本章小结
参考文献

第6章 颗粒团聚特性的数值模拟研究
6．1 气固两相流颗粒团聚模型
6．1．1 黏附性颗粒气固两相流动中气相湍流的大涡模型
6．1．2 黏附性颗粒动理学
6．1．3 黏性颗粒系统碰撞应力
6．1．4 黏性颗粒系统碰撞热流通量
6．2 循环流化床内颗粒团聚流动特性的研究
6．2．1 数学模型、数值方法和边界条件
6．2．2 结果与讨论
6．3 喷动床内黏性颗粒气固两相流动特性的数值模拟研究
6．3．1 数学模型和边界条件
6．3．2 模拟结果与讨论
6．4 流化床内纳米颗粒气固两相流动特性的研究
6．4．1 数学模型、模拟参数和边界条件
6．4．2 结果与讨论
本章小结
参考文献

第7章 颗粒团聚行为研究及参数检测
7．1 颗粒团聚现象概述
7．1．1 团聚结构的定义及分类
7．1．2 颗粒团聚的原因
7．1．3 团聚结构的黏结增长过程
7．1．4 气固两相团聚行为机理研究的重要意义
7．2 颗粒团聚分散的主要途径
7．2．1 机械分散法
7．2．2 干燥分散法
7．2．3 静电分散法
7．3 团聚结构表观黏结特性
7．3．1 颗粒团聚实验平台
7．3．2 团聚结构分区域辨识
7．3．3 表观黏结特性研究
7．4 团聚结构相态参数检测
7．4．1 团聚结构水分分布状态测量
7．4．2 团聚结构流量分布状态检测
7．5 团聚结构快速预报模型
7．5．1 团聚结构快速预报实验平台
7．5．2 模型建立及结果分析
本章小结
参考文献

前言/序言

　　气固两相流作为重要的多相流形式之一，广泛存在于有色、冶金、建材、电力、化工、食品等许多行业。气固两相流动极其复杂，多相流被称为“难测流体”，也成为国内外科技工作者争相探索的热点课题。但许多两相流参数的检测技术和方法处于实验室应用研究阶段，这与两相流在工程领域的广泛性极其不适应。因此，发展多相流检测与分析的新技术，对实现流化床气固两相流动的机理分析、指导相关设备的设计和运行具有重要意义。
　　本书作者所领导的课题组先后在此研究领域承担了各类基金项目共7项，包括国家自然科学基金项目“基于流化床气固两相流型图像的多参数检测方法”（No.51276033）、吉林省科技发展计划项目“燃煤飞灰可吸入颗粒物聚团流化机理研究”（No.201101109）、吉林省科技发展计划项目“生物质与煤热解及混燃特性的研究”（No.200518）、吉林市科技发展计划项目“高温高湿度气固两相湍流时空特性及喷动机理应用研究”（No.201464055）、吉林市科技发展计划项目“浸没式顶吹结构内气固两相流动分离规律研究”（No.2013625013）、东北电力集团公司项目“增压流化床中水平埋管传热的试验研究”（No.98220200002239）和苏州拓维工程装备有限公司项目“旋风分离器内气固两相流数值模拟研究与结构优化设计”。到目前为止，课题组在气固两相流体参数检测方面发表学术论文54余篇，其中，SCI收录4篇，EI收录10篇，CPCI-S收录2篇，中文重要期刊收录20篇，中文核心期刊收录18篇，授权国家发明专利2项。
　　结合上述项目，课题组深入开展了气固两相流体参数检测的研究工作。①在流型识别方面，首次将时频分析法、非线性分析法、混沌理论、多重分形技术、图像处理技术和人工神经网络应用到流型的动力学特性检测中，为实现气固两相流流型转换机理和流型的智能识别提供了一种新的、有效的在线监测诊断工具。②在气泡和颗粒行为特征研究方面，采用图像处理技术对稀相气固两相流动图像进行处理，选取气泡上升、聚结及分裂3种气泡图像序列，提取图像中颗粒的尺寸和个数等参数，从纵向、横向及截面积这3个不同角度来分析气固两相流中气泡、颗粒的变化规律，为深层次地研究气泡和颗粒的行为机理，研究气固两相流的流态化过程提供了有利的条件。③在气固两相流流场检测方面，从粒子特征匹配的角度，率先提出了一种基于粒子群算法优化Hopfield神经网络的粒子踉踪测速算法。首次将光流分析法引入气固两相流动的流场、速度场和等涡量场的检测，讨论了典型流型图像的流场和速度场的分布情况，从定量角度获得了不同流型垂直轴的上升和下落的平均速度及总体速度的空间分布特性。
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