CN107462500A - 基于piv系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法 - Google Patents

基于piv系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法 Download PDF

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Abstract

一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,所述测定方法是将预先配制的煤泥水样品注入沉降管中,添加絮凝剂使其絮凝沉降;打开CCD相机,设置曝光时间,完成尺寸标定;将软件切换至采集模式,进行尺寸标定;利用吸管吸取沉降管底部的絮团将其移至盛满去离子水的沉降柱中;当絮团沉降至测定平面时,采集图像并保存,将沉降过程中六帧连续图像导入软件中;利用PTV算法插件统计不同时刻的絮团粒度,计算不同时刻各絮团的运动位移,计算各絮团的沉降速度;将各个絮团的粒度和沉降速度统计结果绘制为散点图。本测定方法具有装置简单,方便实用,测量精度高等特点。

Description

基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法
技术领域
本发明涉及一种煤泥絮团的测定方法,尤其是一种煤泥絮团的粒度和沉降速度的测定方法。
背景技术
随着机械化程度的提高,入选原煤中细粒煤含量也在增加,这些极细矿物的存在极度恶化煤泥水的处理效果,同时由于上清液循环水的反复使用,使得煤泥系统中pH发生变化,离子种含量积聚,性质不稳定。诸多因素导致煤泥难以沉降,上清液浑浊难以澄清。
煤泥水处理过程中通常采用混凝工艺来加速微细颗粒的沉降,但是在实际的混凝工艺中,絮体具有结构松散易碎、尺寸较小、容易重叠、难以观察等特点。现有技术往往过多地关注宏观沉降速度和澄清效果,忽略了絮团自身的性质研究。要想对絮凝效果进行评价,就必须分析絮团的性质,例如絮团的粒度分析、沉降速度分析。然而,微细颗粒聚集后形成数目众多的絮团,每个絮团都具有各自的特征,每个絮团对沉降效果的影响也是不一样的。现有技术往往采用静态图像的处理方法分析絮团形貌和粒度,该难以避免多个絮团重叠的情况,而且无法获取单一絮团的沉降速度,无法深入研究絮团特性。
中国发明申请专利“一种煤泥沉降速度测定方法(201410103238.7申请公布号CN103940710A)”中提到一种煤泥沉降速度测定方法,包括如下步骤:在浓缩机上安装具有刻度的探杆;启动所述浓缩机,然后向缓冲池添加絮凝剂;将所述探杆垂直于所述缓冲池插入煤泥水中,记录所述缓冲池中的清水高度h1;时间间隔t后,再次将所述探杆垂直于所述缓冲池插入煤泥水中,记录所述缓冲池中的清水高度h2;计算所述煤泥的沉降速度V=(h2-h1)/t。中国发明申请专利“使用无线终端对速度进行测定的方法及实现该方法的系统(申请号:200610126530.6;公开号CN1984248)”中提到一种用于相机预览模式下使用无线终端对运动对象的速度进行测定的系统和方法,该方法包括:当在无线终端的相机预览模式下选择速度测量功能时,进入用于速度测量的预览模式;在用于速度测量的预览模式下测量对象的运动距离;在用于速度测量的预览模式下测量对象的运动时间周期;以及通过使用已测量的对象的运动距离和运动时间周期测量并显示对象的运动速度。很显然这种方法无法灵活控制被测对象的运动周期和拍摄时间点,而且无法满足毫米以及微米级别的絮团粒度的测定。中国发明申请专利“确定絮体/污泥颗粒物自由沉降速度的方法及其系统(申请号:200810222184.0;公开号CN101672861A)”中提到一种利用装有镜头的CCD相机对进行沉降的絮体/污泥颗粒进行连续拍照的测试方法,通过照片所示的絮体/污泥沉降距离和拍照时间,算出絮体/污泥颗粒物自由沉降速度。虽然该方法可以对毫米以及微米级别的絮凝体沉降速度进行准确的测定,但是该方法无法精确识别沉降系统中每一个絮凝体的运动状态。
发明内容
本发明所要解决的具体问题是准确地、实时地、同步地监测各个絮团粒度和沉速,其目的是提供一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,从而进一步认清混凝机理,得到致密絮体,从而产生较好混凝沉降效果。
为实现上述技术目的,本发明的技术解决方案如下。
一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,所述测定方法是按下列步骤进行的:
(1)将预先配制的煤泥水样品注入沉降管中,添加絮凝剂使其絮凝沉降30min;
(2)打开CCD相机,设置曝光时间,照片时间间隔,完成尺寸标定;
(3)将软件切换至采集模式,进行尺寸标定;
(4)利用吸管吸取沉降管底部的絮团将其移至盛满去离子水的沉降柱中;
(5)当絮团沉降至测定平面时,采集图像并保存,将沉降过程中六帧连续图像导入ImageJ软件中;
(6)利用PTV颗粒追踪测速算法插件统计不同时刻的絮团粒度,计算不同时刻各絮团的运动位移,由公式 来计算各絮团的沉降;
(7)将各个絮团的粒度和沉降速度统计结果绘制为散点图。
进一步地,附加技术方案如下。
所述曝光时间是10000μs。
所述照片时间间隔=0.05s。
所述采集模式后进行对焦,使得标定板能够被CCD相机清晰地采集到,采集并保存图像,取出标定板。
所述标定板图像计算所得的像素与自然空间的比例进行标定,使得后续测量的颗粒的空间坐标尺寸由像素变为mm。
所述吸管为平头吸管,直径为8mm。
所述图片进行灰度处理和阀值设定,使得絮团清晰可见。
所述沉降过程中六个连续时刻的图像中出现的絮团进行跟踪,计算出五个连续的沉降速度将其进行比对,排除跟踪错误的絮团,最终将其平均值作为各个絮团的沉降速度。
本发明上述所提供的一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,与现有技术相比,一是本方法进行微观测试,能够有效地避开宏观上的干扰,直接观察絮团特性;二是本方法进行动态测试,能够避免絮团重叠;三是本方法灵活控制照片时间间隔,对各个絮团颗粒进行精确识别跟踪,方便实用,测量精度高;四是本方法清晰准确地统计出煤泥水絮凝沉降体系中絮团粒度及其对应的沉降速度的分布情况。
附图说明
图1是本方法实现过程的流程框图。
图2是本方法絮团在沉降柱中的不同时刻各絮团的位移图。
图3是本方法絮团跟踪情况图。
图4是本方法不同时刻絮团粒度和沉降速度的统计结果图
图5是本方法絮团粒度与沉降速度散点图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施本发明上述所提供的一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,该测定方法是按下列步骤进行的:
步骤一、首先将预先配制的煤泥水样品注入沉降管中,添加絮凝剂使其絮凝沉降30min;其中,煤泥水的配制以及絮凝剂的添加按照现有及技术进行即可。
步骤二、选择相机,打开CCD相机,设置曝光时间,照片时间间隔,完成尺寸标定;其中,曝光时间为10000μs;照片时间间隔=0.05s。
步骤三、将软件切换至采集模式,进行尺寸标定;其中,采集模式后进行对焦,使得标定板能够被CCD相机清晰地采集到,采集图像并保存图像,取出标定板;标定板的图像计算所得的像素与自然空间的比例进行标定,使得后续测量的颗粒的空间坐标尺寸由像素变为mm。
步骤四、利用吸管吸取沉降管底部的絮团将其移至盛满去离子水的沉降柱中; 其中的吸管是平头吸管,直径为8mm。
步骤五、当絮团沉降至测定平面时,采集图像并保存图像,将沉降过程中六帧连续图像导入ImageJ软件中;其中,图像是首先进行灰度处理和阀值设定,使得絮团清晰可见。
步骤六、利用PTV颗粒追踪测速算法插件统计不同时刻的絮团粒度,计算不同时刻各絮团的运动位移,由公式计算速度;各絮团的沉降;其中,利用PTV颗粒追踪测速算法插件统计不同时刻的絮团粒度是将沉降过程中六个连续时刻的图像中出现的絮团进行跟踪,计算出五个连续的沉降速度将其进行比对,排除跟踪错误的絮团,最终将其平均值作为各个絮团的沉降速度。
步骤七、将各个絮团的粒度和沉降速度统计结果绘制为散点图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例一
王家岭气煤煤泥絮团粒度以及沉降速度的确定试验
一、试验方法:
测试装置主要有PIV系统、标尺、平头吸管、玻璃棒、量筒、沉降柱。PIV系统包括CCD摄像机、传输线和计算机。
步骤1:将从选煤厂中获得的煤泥水样品注入250mL量筒中,加入1mL质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺溶液,用玻璃棒顺时针,逆时针分别搅拌10圈,使煤泥水和药剂混合均匀,之后静置30min;
步骤2:打开PIV系统中的CCD相机,调整光源,设置曝光时间,照片时间间隔
进一步地,步骤2所述的曝光时间设置为10000μs,每两帧照片之间的时间间隔设置为0.05s。
步骤3:将软件切换至采集模式,进行尺寸标定。
进一步地,在测定平面中放入一把标尺,打开相机盖,新建一个Database并切换到采集模式,运行Free Run进行调焦,使相机尽可能清楚的拍到尺子。选择拍摄模式,采集图片,将数据存为标定数据。采集并存储完成后,切换到分析模式,在所得图片上点击右键Measure Scale Factor把图片的A和B分别拖到两个刻度上选择Absolute Distance输入A到B的距离,完成标定。
步骤4:利用平头吸管吸取量筒底部的絮团将其垂直移入盛满去离子水的沉降柱中,使其自由沉降。
本领域技术人员应该注意的是,由于絮团自身比较松散易碎,因此在吸取和释放絮团的过程中应该轻拿轻放,避免人为因素使其结构破坏。
步骤5:当从计算机屏幕上显示絮团进入相机拍摄视野后采集图像并保存,将照片导入ImageJ软件;
本领域技术人员应该注意的是,由于絮团沉降过程中受到重力和浮力的作用,在沉降的初始阶段絮团沉降速度会持续增大,增大到一定程度时两者受力平衡,此后絮团会匀速下降,因此应当使絮团发生稳定的沉降后方可采集图像,从而避免由于沉降速度不稳定而导致的测量误差。
步骤6:利用PTV颗粒追踪测速算法统计不同时刻各絮团的粒度以及运动位移,由公式计算各絮团的沉降速度。将其绘制为散点图。
二、试验结果
附图2显示了本方法中絮团在沉降柱中的不同时刻各絮团的位移,附图3显示了本方法絮团跟踪情况,附图4为本方法在不同时刻絮团粒度和沉降速度的统计结果,附图5为本方法的絮团粒度和沉降速度散点图。
本领域技术人员应该注意的是,为了保证对每个絮团颗粒进行精确地跟踪,每次取样过程中絮团数量不宜过多,为了保证统计样本的容量和测试结果的精确性应该进行3次平行测试。
以上所述,只是本发明一个简单应用实例,并非对本发明的技术应用范围作任何限制,但凡依本发明的权利要求和权利说明书所做的变化或修饰,皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PIV系统煤泥絮团粒度和沉降速度的同步测定方法,所述测定方法是按下列步骤进行的:
(1)将预先配制的煤泥水样品注入沉降管中,添加絮凝剂使其絮凝沉降30min;
(2)打开CCD相机,设置曝光时间,照片时间间隔z.jpg,完成尺寸标定;
(3)将软件切换至采集模式,进行尺寸标定;
(4)利用吸管吸取沉降管底部的絮团将其移至盛满去离子水的沉降柱中;
(5)当絮团沉降至测定平面时,采集图像并保存,将沉降过程中六帧连续图像导入ImageJ软件中;
(6)利用PTV颗粒追踪测速算法插件统计不同时刻的絮团粒度,计算不同时刻各絮团的 运动位移z.jpg,由公式z.jpg计算速度;各絮团的沉降;
(7)将各个絮团的粒度和沉降速度统计结果绘制为散点图。
2.根据权利要求1所述的测定方法,所述曝光时间是10000μs。
3.根据权利要求1所述的测定方法,所述照片时间间隔z.jpg=0.05s。
4.根据权利要求1所述的测定方法,所述采集模式后进行对焦,使得标定板能够被CCD相机清晰地采集到,采集并保存图像,取出标定板。
5.根据权利要求4所述的测定方法,所述标定板的图像计算所得的像素与自然空间的比例进行标定,使得后续测量的颗粒的空间坐标尺寸由像素变为mm。
6.根据权利要求1所述的测定方法,所述吸管是平头吸管,直径为8mm。
7.根据权利要求1所述的测定方法,所述图像是进行灰度处理和阀值设定,使得絮团清晰可见。
8.根据权利要求1所述的测定方法,所述利用PTV颗粒追踪测速算法插件统计不同时刻的絮团粒度是将沉降过程中六个连续时刻的图像中出现的絮团进行跟踪,计算出五个连续的沉降速度将其进行比对,排除跟踪错误的絮团,最终将其平均值作为各个絮团的沉降速度。
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