基于多波段光谱图像的汽轮机湿蒸汽一、二次水滴同步测量方法研究

The study of wet steam is crucial to improve the efficiency and reliability of steam turbine, where the parameters of fine droplets and coarse water droplets play an important role. However, in the previous published wet steam flow measurement methods, the influence between the components of wet steam including fine droplet and coarse water droplet has not been considered comprehensively. Therefore, based on the imaging method, a synchronous measurement method derived from multi-band spectral imaging method to measure fine droplets and coarse water in wet steam turbine is proposed in this study. The relational model between multi-band spectral responses of scattering extinction and fine droplets parameters will be established. Besides, the image recognition and processing algorithm of coarse water will be built to determine the shape and motion parameters of coarse water droplets. By merging the above principles together, an integrated image processing algorithm will be developed, and the parameters of fine droplets and coarse water in wet steam turbine will be obtained synchronously. The corresponding probed will be designed and applied to experimental study which will provide guidance for the wet steam mechanism study of two-phase condensing flow, heat and mass transfer, and blade erosion.

汽轮机湿蒸汽研究对于提高汽轮机效率和可靠性有重要意义，而湿蒸汽中水滴参数又是汽轮机湿蒸汽研究的重要内容，目前有关湿蒸汽两相流测量方法研究还不能综合考虑湿蒸汽一、二次水滴等各组成部分之间的相互影响，因此，本项目从图像法入手，提出基于多波段光谱图像开展汽轮机湿蒸汽一、二次水滴同步测量新方法，通过建立多波段光散射消光特性与一次水滴参数的关系模型，以及二次水滴图像识别、形态与运动参数处理算法，融合形成一、二次水滴综合图像处理算法，研制相应的湿蒸汽一、二次水滴同步测量探针，开展汽轮机湿蒸汽一、二次水滴同步测量实验研究，为湿蒸汽两相凝结流动、传热、传质与叶片水蚀机理研究提供参考。

汽轮机湿蒸汽研究对于提高汽轮机效率和可靠性有重要意义，而湿蒸汽中水滴参数又是汽轮机湿蒸汽研究的重要内容，目前有关湿蒸汽两相流测量方法研究还不能综合考虑湿蒸汽一、二次水滴等各组成部分之间的相互影响。.因此，本项目从图像法入手，提出基于多波段光谱图像开展汽轮机湿蒸汽一、二次水滴同步测量新方法。根据消光光谱法和图像法颗粒粒径测量适用范围，开展了亚微米-十微米尺度消光光谱法颗粒粒径测量方法研究，建立了亚微米-十微米尺度颗粒消光特性与其粒径之间的关系模型。为了提高颗粒粒径反演精度与速度，提出了基于主成分分析和反向传播神经网络模型的消光光谱颗粒粒径反演算法。开展了十微米以上尺度图像法颗粒粒径测量方法研究，建立了基于颗粒背光图像的颗粒粒径处理算法，研究了离焦模糊颗粒图像处理对颗粒粒径测量精度的影响，优化了颗粒图像粒径处理过程，提高了十微米以上尺度图像法颗粒粒径测量精度。针对跨微米尺度混合颗粒粒径同步测量问题，结合消光光谱法和图像法颗粒粒径测量方法，提出了基于分光棱镜的跨微米尺度混合颗粒粒径同步测量方法，搭建了相应的消光光谱与背光图像同步测量装置，验证了该方法的准确性。此外，基于多波段光谱成像技术，提出了多光谱跨微米尺度混合颗粒同步测量方法，搭建了相应的同步测量装置，建立了基于多光谱成像技术的颗粒粒径综合识别与处理算法，并验证了该方法的准确性。由此为跨微米尺度混合颗粒粒径同步测量提供了一种新方法。.在此基础上，建立了多波段光散射消光特性与一次水滴参数的关系模型，以及二次水滴图像识别、形态与运动参数处理算法，融合形成一、二次水滴综合图像处理算法，研制相应的湿蒸汽一、二次水滴同步测量探针，开展汽轮机湿蒸汽一、二次水滴同步测量实验研究，为湿蒸汽两相凝结流动、传热、传质与叶片水蚀机理研究提供重要参考。