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內容簡介

　　《氣固兩相流多參數檢測及團聚機理研究與應用》是作者周雲龍、楊寜、鄭建祥、李洪偉多年來從事氣固兩相流參數檢測理論和試驗研究工作所取得的研究成果的總結。全書共7章，主要內容包括基於壓力信號和圖像信號的氣固兩相流流型識彆、基於數字圖像處理技術的氣泡和顆粒行為特徵參數檢測、基於PTV法及光流法的氣固兩相流流場檢測、基於黏附性顆粒流動模型的團聚流態化數值模擬、顆粒團聚行為及其參數檢測。
　　《氣固兩相流多參數檢測及團聚機理研究與應用》可供工程熱物理、熱能工程、控製理論和控製工程、模式識彆與智能係統、檢測技術與自動化裝置、測試計量技術與儀器、供熱、供燃氣、通風及空調工程等相關專業的科技人員、工程設計人員閱讀，也可作為高等院校相關專業的研究生教材、本科生選修教材或參考書。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 兩相流的定義和分類
1．1．1 兩相流的定義
1．1．2 兩相流的分類
l．2 兩相流的特點
1．3 兩相流參數檢測方法及分類
1．3．1 參數檢測的主要方法
1．3．2 兩相流參數的分類
1．4 氣固兩相流參數檢測的研究
1．4．1 參數檢測的工程背景及意義
1．4．2 參數檢測的研究進展及現狀
1．4．3 參數檢測存在的問題
1．5 氣固兩相流典型設備及聯係
1．5．1 氣固兩相流典型設備
1．5．2 流化床與噴動床的區彆與聯係
參考文獻

第2章 基於壓力信號的氣固兩相流流型識彆
2．1 氣固兩相流的典型流型
2．1．1 氣固兩相流流型劃分
2．1．2 氣固兩相典型的流型特徵
2．1．3 流型識彆中擬解決關鍵問題
2．2 實驗係統及實驗步驟
2．2．1 實驗裝置簡介
2．2．2 實驗步驟
2．3 實驗參數的測量
2．3．1 信號的采集與壓力傳感器的選擇
2．3．2 實驗所觀察到的流型
2．4 壓力脈動信號的去噪處理
2．4．1 幾種一代小波去噪基本原理
2．4．2 二代小波原理
2．4．3 一代小波與二代小波除噪比較
2．5 壓力脈動信號的時頻分析
2．5．1 時頻分析
2．5．2 數據結果分析
2．6 壓力脈動信號的非綫性分析
2．6．1 非綫性分析
2．6．2 數據結果聚類分析
2．6．3 數據結果遞歸分析
2．7 壓力脈動信號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 流型識彆模式的分析與選取
2．8．1 人工魚群基本理論
2．8．2 BP神經網絡
2．8．3 Elman神經網絡
2．8．4 人工魚群算法優化BP網絡的過程
2．8．5 統計特徵參數
2．8．6 實驗結果與分析
本章小結
參考文獻

第3章 基於圖像信號的氣固兩相流型識彆
3．1 實驗係統及實驗步驟
3．1．1 實驗裝置簡介
3．1．2 實驗步驟
3．2 數字圖像采集係統
3．2．1 高速攝影機係統
3．2．2 圖像拍攝方式的選擇
3．2．3 照明係統的選擇
3．2．4 流化床氣固兩相流動圖像的獲取
3．2．5 流型圖像的預處理
3．3 流化床氣固兩相流流型圖像特徵提取
3．3．1 流型圖像的灰度直方圖統計特徵
3．3．2 流型圖像的傅裏葉變換紋理特徵
3．3．3 流型圖像的小波．分形特徵
3．3．4 流型圖像的多重分形特徵
3．4 流型識彆分類器的分析與選取
3．4．1 BP神經網絡模型
3．4．2 概率神經網絡模型
3．4．3 遺傳神經網絡模型
3．4．4 神經網絡模型在流型識彆的應用
3．4．5 流型識彆方法比較
本章小結
參考文獻

第4章 氣泡、顆粒行為特徵研究
4．1 實驗係統與實驗步驟
4．2 氣固兩相流圖像處理過程
4．2．1 圖像去噪
4．2．2 糾正不均勻光照
4．2．3 圖像二值化
4．2．4 粘連顆粒分割
4．3 濃相氣固兩相流氣泡行為研究
4．3．1 氣泡參數
4．3．2 氣泡上升過程中的行為分析
4．3．3 氣泡聚閤過程中的行為分析
4．3．4 氣泡分裂過程中的行為分析
4．4 稀相氣固兩相流動圖像特徵分析
4．4．1 固體顆粒標號
4．4．2 參數計算
4．4．3 氣固混閤比
4．4．4 體積空隙率
4．4．5 質量含固率
4．4．6 實驗結果分析
4．5 誤差來源分析
本章小結
參考文獻

第5章 氣固兩相流流場檢測與分析
5．1 基於特徵相似度的PTV匹配算法
5．1．1 顆粒圖像特徵的提取
5．1．2 顆粒速度的測量
5．2 基於粒子群優化Hopfleld網絡的PTV匹配算法
5．2．1 能量函數的設計
5．2．2 基於PSO優化的Hopfield網絡對顆粒進行匹配
5．3 光流分析的計算方法
5．3．1 光流算法概述
5．3．2 光流算法的基本原理
5．3．3 幾種經典的光流算法
5．4 基於光流法的氣固循環流化床流場測速
5．4．1 MQD互相關算法
5．4．2 實驗結果與分析
本章小結
參考文獻

第6章 顆粒團聚特性的數值模擬研究
6．1 氣固兩相流顆粒團聚模型
6．1．1 黏附性顆粒氣固兩相流動中氣相湍流的大渦模型
6．1．2 黏附性顆粒動理學
6．1．3 黏性顆粒係統碰撞應力
6．1．4 黏性顆粒係統碰撞熱流通量
6．2 循環流化床內顆粒團聚流動特性的研究
6．2．1 數學模型、數值方法和邊界條件
6．2．2 結果與討論
6．3 噴動床內黏性顆粒氣固兩相流動特性的數值模擬研究
6．3．1 數學模型和邊界條件
6．3．2 模擬結果與討論
6．4 流化床內納米顆粒氣固兩相流動特性的研究
6．4．1 數學模型、模擬參數和邊界條件
6．4．2 結果與討論
本章小結
參考文獻

第7章 顆粒團聚行為研究及參數檢測
7．1 顆粒團聚現象概述
7．1．1 團聚結構的定義及分類
7．1．2 顆粒團聚的原因
7．1．3 團聚結構的黏結增長過程
7．1．4 氣固兩相團聚行為機理研究的重要意義
7．2 顆粒團聚分散的主要途徑
7．2．1 機械分散法
7．2．2 乾燥分散法
7．2．3 靜電分散法
7．3 團聚結構錶觀黏結特性
7．3．1 顆粒團聚實驗平颱
7．3．2 團聚結構分區域辨識
7．3．3 錶觀黏結特性研究
7．4 團聚結構相態參數檢測
7．4．1 團聚結構水分分布狀態測量
7．4．2 團聚結構流量分布狀態檢測
7．5 團聚結構快速預報模型
7．5．1 團聚結構快速預報實驗平颱
7．5．2 模型建立及結果分析
本章小結
參考文獻

前言/序言

　　氣固兩相流作為重要的多相流形式之一，廣泛存在於有色、冶金、建材、電力、化工、食品等許多行業。氣固兩相流動極其復雜，多相流被稱為“難測流體”，也成為國內外科技工作者爭相探索的熱點課題。但許多兩相流參數的檢測技術和方法處於實驗室應用研究階段，這與兩相流在工程領域的廣泛性極其不適應。因此，發展多相流檢測與分析的新技術，對實現流化床氣固兩相流動的機理分析、指導相關設備的設計和運行具有重要意義。
　　本書作者所領導的課題組先後在此研究領域承擔瞭各類基金項目共7項，包括國傢自然科學基金項目“基於流化床氣固兩相流型圖像的多參數檢測方法”（No.51276033）、吉林省科技發展計劃項目“燃煤飛灰可吸入顆粒物聚團流化機理研究”（No.201101109）、吉林省科技發展計劃項目“生物質與煤熱解及混燃特性的研究”（No.200518）、吉林市科技發展計劃項目“高溫高濕度氣固兩相湍流時空特性及噴動機理應用研究”（No.201464055）、吉林市科技發展計劃項目“浸沒式頂吹結構內氣固兩相流動分離規律研究”（No.2013625013）、東北電力集團公司項目“增壓流化床中水平埋管傳熱的試驗研究”（No.98220200002239）和蘇州拓維工程裝備有限公司項目“鏇風分離器內氣固兩相流數值模擬研究與結構優化設計”。到目前為止，課題組在氣固兩相流體參數檢測方麵發錶學術論文54餘篇，其中，SCI收錄4篇，EI收錄10篇，CPCI-S收錄2篇，中文重要期刊收錄20篇，中文核心期刊收錄18篇，授權國傢發明專利2項。
　　結閤上述項目，課題組深入開展瞭氣固兩相流體參數檢測的研究工作。①在流型識彆方麵，首次將時頻分析法、非綫性分析法、混沌理論、多重分形技術、圖像處理技術和人工神經網絡應用到流型的動力學特性檢測中，為實現氣固兩相流流型轉換機理和流型的智能識彆提供瞭一種新的、有效的在綫監測診斷工具。②在氣泡和顆粒行為特徵研究方麵，采用圖像處理技術對稀相氣固兩相流動圖像進行處理，選取氣泡上升、聚結及分裂3種氣泡圖像序列，提取圖像中顆粒的尺寸和個數等參數，從縱嚮、橫嚮及截麵積這3個不同角度來分析氣固兩相流中氣泡、顆粒的變化規律，為深層次地研究氣泡和顆粒的行為機理，研究氣固兩相流的流態化過程提供瞭有利的條件。③在氣固兩相流流場檢測方麵，從粒子特徵匹配的角度，率先提齣瞭一種基於粒子群算法優化Hopfield神經網絡的粒子踉蹤測速算法。首次將光流分析法引入氣固兩相流動的流場、速度場和等渦量場的檢測，討論瞭典型流型圖像的流場和速度場的分布情況，從定量角度獲得瞭不同流型垂直軸的上升和下落的平均速度及總體速度的空間分布特性。
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