利用高速成像技术对水平管束上降膜流动的非接触式状态评估

《Sensors》：Non-Contact State Assessment of Falling-Film Flow over Horizontal Tube Bundles Using High-Speed Imaging

　　

摘要

高速成像为监测水平管束上的降膜流动提供了一种非侵入式方法，但由于灰度变化受到膜几何结构、界面曲率、表面坡度、观察角度以及局部高光等因素的共同影响，因此很难对反射图像进行量化分析。本研究提出了一种可解释的视觉代理传感框架，用于对这些流动的状态进行对比评估。在Re_Γ = 184 ? 960的条件下，对五排水平管束进行了等温水实验。在每种条件下，以特定帧率采集灰度图像，并在五个固定的行区域中进行分析。通过对图像序列进行时间中值背景减除、局部时空映射、移动平均去趋势处理以及中值绝对偏差归一化处理，得到了归一化映射M_n和动态更新场G。利用这些结果可提取四个标量描述符：经过噪声校正的表观更新强度I_R、高频分量比例R_HF、谱峰频率f_p以及突发事件发生率F_B。实验结果表明，M_n和G能够反映从稀疏柱状流向更连续的片状流的转变过程，同时还能揭示不同行之间的活动规律差异。这些描述符分别提供了关于更新强度、频率构成、主导时间尺度以及间歇性事件的互补信息。零响应测试、噪声校正测试以及灵敏度测试均表明，该框架能够避免结构性伪波的出现，确保行间比较的稳定性。该方法为相对降膜状态评估提供了一种无需复杂校准的视觉传感工具。