基于图像处理的油水两相流含水率计算

研究了一种基于数字图像处理的油水两相流水相体积的计算方法。为提高图像质量,采用图像处理软件对图像进行降噪和增强预处理。运用图像处理技术中的边缘检测和图像填充计算得到了管道沿线的水层厚度分布,并利用最小二乘法拟合厚度分布曲线。建立计算圆管两相流水相体积的几何模型,通过数值积分的方法求得含水率。分析表明:透明管路油水两相流含水率的图像测量误差主要来自实验环境、图像处理、模型假设3个方面。实验结果表明:计算值和真实值比较,相对误差小于10%,具有较高的准确度,可应用于油水两相流水相体积的计算。     

油-水两相流研究及其软件在渤海油田的应用

油-水两相流是石油开采中的常见现象,具有独特的流动特征,给混输管道的安全、经济设计及混输管道腐蚀速率的确定造成很大困难。通过对多种油-水两相流的试验和理论研究,对油-水两相流现象和规律进行了分析,提出了流型和压降模型,并编制出油-水两相流的流型和压降预测软件,利用该软件对渤西油田和绥中36-1油田两条油水混输管道相关参数进行了计算,计算结果与油田实际完全吻合。     

起伏管道中成品油携杂质的流动状态

针对成品油管道中存在的油携杂质流动问题,建立了成品油携水携杂质试验环道装置,研究了油携杂质的流动状态,并进行了油携水类比试验;采用大涡模拟方法对油相流场进行仿真模拟,分析了流场对杂质运动的影响。研究表明:油携杂质固液两相流型可分为颗粒流、移动床流及固定床流3种;颗粒加入量越少,油品流速越高,流型由移动床流向颗粒流的转换越快;杂质沉积点位于上倾段后的高点位置,此处管道下侧壁面边界层增厚,油流曳力减弱,二次流有利于杂质聚集;杂质是否在杂质沉积点沉积与油品流速有关,与颗粒加入量无关;类似于杂质颗粒,小体积水团也会在杂质沉积点沉积。研究结果为成品油管道的安全输送提供了保障。     

油水两相分散流液滴分布特性研究进展

综述了油水两相流液滴分布特性的国内外研究现状,介绍了油水两相分散流液滴的形成机理,讨论了液滴在管道中聚合与破裂的原因和过程,着重分析了液滴粒径及其分布的主要影响因素。研究表明:在油水两相分散流中,液滴的聚合与破裂受湍流应力,各相粘度、密度和界面张力的影响,液滴的破裂和聚合决定了液滴的粒径和分布,液滴的粒径和分布与油水物性、管材、油水两相流速度等因素有关。     

突变管段油水两相流的流动模拟

利用FLUENT软件模拟了油水两相流在突变管段中的流动,结果表明,在管径突变段管内流体的压力、速度有明显变化,且变化程度受到流体中油相含量的影响。通过模拟得到了油水两相流处于不同油相含量时在突扩管和突缩管中的流动规律,可为油水两相流输送管道的生产运行提供必要的参考。     

图像分割技术之迭代算法在杂草识别中的应用

计算机图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像分割技术是图像处理之基本技术,图像分割就是在一幅影像中查找同类的区域。图像分割的应用范围涵盖了图像噪声的过滤以及特征的提取和识别。在介绍图像分割的主要特征的基础上,针对农田杂草识别中图像分割特点,提出了应用迭代算法的分割方法,并开发了相应的软件。实验验证该方法用于农田杂草识别前的图像的二值化处理,能够很好地消除图像噪声,得到连续的图像边界,可以有效地实现图像的二值化处理,为后续的杂草识别打下良好的基础。     

基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法

根据超声波在不同介质界面处的反射回波强弱不同的特性,提出了应用超声波对水平管气液两相流流型进行非介入式在线识别的方法。理论计算得到钢管内壁接触的介质分别为水和空气时的声压反射率,证明了超声波流型识别法的可行性。数值仿真研究管内的流体分别为水、空气时不同界面的反射回波特点,得到了超声波流型识别法的实现方式。依据数值仿真结果,开展超声波气液两相流流型在线识别实验,分析气液两种流体在管道横截面上的分布,从而识别水平管气液两相流流型。研究结果表明：在不影响生产的前提下,超声波流型识别方法能够准确获取水平管气液两相流流动过程中的实时流型,操作方法简便,且结果可靠。（图10,表1,参9）     

管道低洼处积水排除实验

通过分析成品油管道清管杂质中铁锈和水的来源,指出管道不断产生杂质的原因是管道投产期间水压试验过程中低洼处积水引起的管道内腐蚀。提出了油流携水的积水排除方法。为研究油流携水系统的流型、积水分布以及出水量,分别利用透明管、钢管对积水在油流冲刷作用下的运动形态和出水量大于0的临界条件进行了实验研究。借助由下倾、水平、上倾3段测试管段组成的内径为15mm的玻璃管和内径为25mm的塑料管两套实验系统,采用柴油和水分别对积水分布形态进行了观察,并利用内径为27mm的钢管实验系统对上倾管段不同位置的出水量进行测量。在实验范围内,油相流量较小时,积水以近壁偏心大水滴的形式在油流携带下向前爬行;随油相流量增大,偏心大水滴下游被打散成小水滴进入油流;油相流量越大,大水滴经过的距离越长,出水量越大。     

管道中油携水流动时的水相界面分布模型

成品油管道低洼处积水引起的腐蚀产物堵塞管道事故,严重威胁管道的正常运行。为研究管道中油携水作用机理,根据适用于油水两相共存于同一管路中的两流体模型,提出了水相厚度梯度的计算公式,对不同倾角管道中油流携带积水时水相界面的分布进行了理论分析,发现物性参数和管道倾角均能影响水相界面的分布,分析结果可以很好地指导实验方案的制定。实验中应记录油品的温升,进而确定物性的变化。另外,在管道倾角较小时,应减小倾角的变化量;管道倾角较大时,应增大倾角的变化量。     

油水两相分层流动的压降研究

提出了一个考虑相界面相互作用的油水两相分层流动的压降模型，分析了游离水层高度和压降的变化规律，并用白油/水两相流的实验数据作了验证，其模型和测量的总误差均小于15%。     

马铃薯芽眼图像的分割与定位方法

为了探索种薯自动化切种过程,填补关于马铃薯芽眼识别的研究空白,提出一种基于机器视觉技术的芽眼识别方法:从摄像头采集到马铃薯图像后进行计算机图像处理,从彩色空间中利用欧式距离直接分割芽眼区域,在灰度空间中对图像进行中值滤波后利用模糊技术对图像进行增强,之后利用动态阈值分割法分割芽眼区域,结合两个空间的分割结果后利用数学形态学处理方法标记出芽眼。结果显示:在彩色空间中,芽眼识别准确率为62%;在灰度空间中,识别率达到89%。将二者有机结合后,获得了96%的识别准确率。该方法识别成功率高,鲁棒性强,且芽眼区域标记完整,可为种薯切种自动化奠定基础。     

海底管道油水两相混合输送的数值模拟

建立了海底管道油水两相混合输送的数学模型,采用非结构化网格、有限容积法和均质流模型对海底管道的水力热力问题进行了研究,计算结果与某上岸管道运行数据吻合良好,说明该数值模拟方法是研究油水两相混输问题的一种有效方法.     

水平管内油水两相流流型的实验研究

利用白油和自来水作为实验介质,在内径为２６．１ｍｍ、长约３０ｍ的水平不锈钢多相流实验环道上进行了油水两相流实验。实验中进行了流型测量和观察,观察到了７种油水两相流型,分别属于分散、分离和分散分离混合流型。对油水两相流型及流型间的转化作了仔细的描述,根据流型特征进行了流型划分。     

成品油携水特性对管道内腐蚀的影响

为了研究成品油携水特性的主要影响因素,分析成品油管道内腐蚀原因,以兰成渝管道为例,采用Fluent软件,模拟了流速、油品黏度、上倾角度等因素对油携水能力的影响,分析在地形起伏管段及工况参数改变的情况下油携水时的积水分布形态。重点研究兰成渝管道各年运行工况下的临界倾角,在此基础上判断兰成渝管道运行过程中的积水情况和内腐蚀原因。研究表明:流速和黏度的增加能够有效地提高油携水能力;成品油管道沿线坡度较大的上倾管段处是低洼积水的危险位置,而管道沿线低洼处存在大量积水是导致成品油管道内腐蚀的根本原因。     

利用多重-大津阈值算法和扫描电镜分割CT图像

XCT(X-ray computed tomography)是一种高效评价页岩三维特征和非均质性的方法。阈值通常用于在背景图像上分割孔隙-裂缝,但是很少对多元素分割体CT(computed tomography)图像进行研究。为了获取不同元素在三维尺度上的分布特征,综合利用大津阈值分割算法和场发射环境扫描电镜提出了一种新的分割方法:首先确定不同元素分布的灰度值,根据灰度值把页岩分成几个不同的矿物组分区域,利用大津阈值算法求取每个矿物组分区域,利用分割方法处理的页岩样品叠加形成CT图像,另一个CT图像用于验证该方法。结果表明,多元素分割方法可以利用C_T计算的数值成功分割叠加的CT图像,该方法与实验室进行的XRD(X-ray diffraction)、总有机碳质量分数、孔隙度测试等结果相符;相同物源和矿物组分的样品在背散射电子(BSE)和CT图像上有相同的灰度区域分布;该方法根据灰度区域分布原理对相同物源、矿物组分的页岩样品进行分割,比人为CT图像叠加分割样品方法更有效、更准确。因此,在页岩XCT图像分割中,进一步采用扫描电镜和多重-大津阈值算法进行多分量分割,能更好地提高页岩XCT图像分割的精度,同时该算法也能对其他区块页岩XCT图像研究起到一定的指导作用。     

气液两相流管道内腐蚀失效概率计算方法

气液两相流管道广泛存在于油气开采和集输过程中,确保其安全可靠运行具有重要的理论和工程意义。在所有失效类型中,内腐蚀缺陷是造成气液两相流管道结构失效的主要原因之一。将管道内腐蚀速率预测模型与结构可靠性评价方法相结合,对气液两相流管道进行内腐蚀失效概率计算:针对气液两相流的流动特征,采用流体相平衡模型、气液两相流模型及腐蚀速率预测模型,计算气液两相流管道在不同流型下的内腐蚀速率;基于ASME B31G-1991《腐蚀管道剩余强度评价方法》中推荐的腐蚀缺陷极限状态方程,考虑管道运行和制造中存在的不确定性,并结合腐蚀速率计算结果,采用蒙特卡洛方法计算管道发生小孔泄漏和爆裂的失效概率。将提出的内腐蚀失效概率计算方法应用于某气液两相流管道,结果表明当缺乏有效的内检测数据或实际管输工艺发生变化时,该方法能够有效预测失效概率,保障油气管道输送安全。     

瞬态两相流的流型研究和简化解法

在一条直径为50.8 mm、长370 m的水平管上做了空气—水两相流瞬态试验,通过改变气速和水速,使其从一个平衡状态转变到另一个平衡状态。说明了在瞬变阶段观察到的流型,并将试验得到的数据与现在的瞬态流方法相比较,从而评估此方法的正确性。根据不同流型提出计算两相流瞬变特性的简化公式以此预测管内气液分布瞬变特性。公式中假设了气体准稳态流动和局部动量平衡。这一方法对由水平、上倾、下倾管段组成的管道系统都适用。     

不同倾角管中油水两相流研究进展

叙述了近年来国内外对油水两相流流型及流型转化的研究状况,介绍了在垂直管、倾斜管及水平管中的流型和倾角对流型存在范围的影响,对于不同倾角管中油水两相流流型进行了对比。由于倾角和重力的作用,倾斜管中的流型有很大差别,油水两相流大体上可分为分散流和分层流两大类流型。分析了分散流型和分层流型转化的影响因素、转换准则及倾角对转换准则的影响,并对几种转化准则进行了对比。这些转化准则大多针对水平管或垂直管,而对于倾斜管的转换准则,在理论和试验上还需要进一步研究,这也是油水两相流今后的研究方向。     

自然光照环境下基于人工蜂群算法的农业移动机器人视觉导航线提取

为了解决常规农业移动机器人导航基准线提取方法存在识别速度慢、检测精度低以及对光照变化敏感等问题,提出1种自然光照环境下基于人工蜂群算法的视觉导航路径提取方法。首先,将视觉传感器获取的作物图像进行灰度化处理,通过图像熵对灰度图像质量进行估计,当光照条件变化时,在线调整摄像机曝光时间,使获取的图像质量达到最佳状态,以提高后续图像处理对光照变化的适应能力。然后,采用类间最大方差法对图像进行分割,将作物信息与土壤背景分离,运用形态学滤波方法消除分割图像中的杂草噪声。最后,对图像顶部和底部分别进行灰度垂直投影,获取作物行区域并提取作物行特征点,利用人工蜂群算法搜索2个特征点,使其构成的直线所含目标点数最多,并将这条直线作为作物行中心线,进而得到导航路径。结果表明,在不同光照度条件下,基于图像熵的曝光时间调整方法可以有效降低光照度变化对后续图像处理的影响;基于人工蜂群算法的导航基准线提取方法可以快速有效地识别作物行与导航路径,处理1幅640×480像素的图像平均耗时76.4 ms,与传统导航基准线提取方法(Hough变换算法、最小二乘法)相比,人工蜂群算法具有检测速度快、准确性高的特点。本研究提高了应用于田间作业的农业移动机器人导航路径识别精度。     

高黏石油管道球阀内油水环状流数值模拟

在油水环状流管道运输过程中,球阀启闭时流道截面变化会对油水环状流稳定性产生较大影响。利用VOF(Volume of Fluid)模型与CSF(Continuum Surface Force)模型追踪油水界面,采用标准的k-ε湍流模型,建立数值模拟控制方程,分析球阀在不同开度及不同入流速度下油水环状流的流动状态,并建立油水环状流试验平台进行验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果一致,数值模拟能够很好地分析环状流在球阀内的流动;阀门开度对流型、油相体积分数、阀两端压力差、油相粘壁距离均产生影响,开度较小时,阀内与阀后出口管道的油水环状流遭到破坏,油相体积分数较小,阀两端压力差较大,油相容易粘附管壁;入流速度也对上述参数产生影响,较高的入流速度能够改善油水环状流的稳定性。