CN114266004A - 一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 - Google Patents
一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114266004A CN114266004A CN202210200521.6A CN202210200521A CN114266004A CN 114266004 A CN114266004 A CN 114266004A CN 202210200521 A CN202210200521 A CN 202210200521A CN 114266004 A CN114266004 A CN 114266004A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase change
- change material
- image
- measured
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 138
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 claims abstract description 80
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 131
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 83
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 59
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 43
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 37
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 34
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 13
- 238000010309 melting process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 4
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置，其中，非约束熔化瞬态液化率测量方法包括：获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，图像信息包括第一图像以及第二图像；分别计算第一图像对应的第一相界面曲线以及第二图像对应的第二相界面曲线；计算得到待测量相变材料在目标时刻的总体积；计算得到待测量相变材料在目标时刻对应的固态相变材料的体积；确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率。通过图像采集可以更加直观地了解待测量相变材料的相界面情况，在此基础上对待测量相变材料进行瞬态液化率计算，大幅减小了由于熔化过程中固‑液相界面因倾斜问题带来的计算误差，从而得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
Description
技术领域
本发明涉及相变储能技术领域，具体涉及一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置。
背景技术
相变材料在相变容器内的熔化模式可分为约束熔化和非约束熔化，在实际应用中，非约束熔化过程更为常见，因而受到国内外许多学者的重视。目前对于非约束熔化过程的瞬态液化率的处理方法主要包括两个步骤，第一步使用数码相机捕获相变单元内相变材料相界面的变化，第二步利用数字化软件和几何建模软件或图像处理算法计算相变材料的体积，从而获得不同时刻相变材料的瞬态液化率值，但是这种处理方法忽略了熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，导致计算结果不理想。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差的缺陷，从而提供一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量方法，所述方法包括：
获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，所述图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；
分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线；
基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积；
基于所述第二图像，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积；
基于所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率。
可选地，所述基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积，包括：
基于所述第一图像、所述第一相界面曲线，计算相变结束后所述待测量相变材料的总体积；
基于所述待测量相变材料的材料信息及所述第一相界面曲线，计算所述待测量相变材料的比例因子，所述材料信息包括：质量信息和密度信息；
基于相变结束后所述待测量相变材料的总体积、所述比例因子及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积。
可选地，所述基于所述第二图像，计算得到当前所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积，包括：
基于所述第二图像中 x 轴方向距离最长的像素行，对所述当前固态相变材料进行区域划分，得到第一区域和第二区域；
分别对所述第一区域和第二区域内的固态相变材料体积进行计算，得到第一固态体积和第二固态体积；
基于所述第一固态体积和所述第二固态体积，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积。
可选地，所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率通过如下公式计算：
其中，γ表示目标时刻对应的瞬态液化率；V s,b为目标时刻对应的所述第一固态体积；V s,t为目标时刻对应的所述第二固态体积；V t,iii为所述待测量相变材料在目标时刻的总体积。
可选地，所述分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线，包括：
对当前图像进行像素提取处理，得到当前像素图像，所述当前图像为所述第一图像或所述第二图像；
对所述当前像素图像进行拟合处理，得到拟合数据；
基于所述拟合数据对所述当前像素图像的相界面进行轮廓识别，得到所述当前像素图像对应的相界面曲线。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量装置，所述非约束熔化瞬态液化率测量装置包括：
获取模块，用于获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，所述图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；
第一处理模块，用于分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线；
第二处理模块，用于基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积；
第三处理模块，用于基于所述第二图像，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积；
第四处理模块，用于基于所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量设备，所述非约束熔化瞬态液化率测量设备包括：
图像采集设备，用于采集目标区域内待测量相变材料的图像信息；
控制器，与所述图像采集设备连接，所述控制器包括：
处理器和存储器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。
可选地，所述非约束熔化瞬态液化率测量设备还包括：
相变容器，所述相变容器内填充一定质量的待测量相变材料；
槽体，所述槽体内放置所述相变容器，所述槽体适于为所述相变容器加热；
循环浴槽，所述循环浴槽内流通换热介质，其中，所述换热介质的工作温度范围覆盖所述相变材料的相变点；
管体，包括第一管体和第二管体，所述管体内流通所述换热介质，其中，所述第一管体设置于所述槽体出口端和所述循环浴槽的入口端之间；所述第二管体设置于所述槽体入口端和所述循环浴槽的出口端之间；
所述目标区域为所述相变容器对应的区域，所述图像采集设备与所述相变容器对应设置，用于采集相变容器内待测量相变材料的图像信息。
可选地，所述非约束熔化瞬态液化率测量设备还包括：
球阀，包括第一球阀和第二球阀，适于控制对应管体内的所述换热介质的流速；
液体泵，包括第一液体泵和第二液体泵，适于为对应管体内的所述换热介质提供循环动力；
其中，所述槽体、所述第一液体泵、所述第一球阀和所述循环浴槽通过所述第一管体依序连接；所述循环浴槽、所述第二球阀、所述第二液体泵和所述槽体通过所述第二管体依序连接。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置，通过获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，所述图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线；基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积；基于所述第二图像，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积；基于所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率。通过对待测量的相变材料进行图像采集，基于图像信息对目标时刻的待测量的相变材料的总体积和固态相变材料的体积进行分别计算，最终确定待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率，通过图像采集可以更加直观地了解待测量相变材料的相界面情况，在此基础上对待测量相变材料进行瞬态液化率计算，大幅减小了由于熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，从而得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过图像采集设备，用于采集目标区域内待测量相变材料的图像信息；控制器，与所述图像采集设备连接，用于处理图像信号和计算瞬态液化率。通过可视化拍摄手段，基于图像处理算法和合理假设，利用二维图像中目标区域像素的位置信息，获得几何体中三维物体的体积信息，进而计算相变材料瞬态液化率，不仅大幅减小了由于熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，还得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过设置循环浴槽为相变容器内的待测量相变材料进行加热，保证了非约束熔化过程的完整性，最终得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过设置球阀，保证了对应管体内的所述换热介质的流速的灵活控制；通过设置液体泵，为对应管体内的所述换热介质提供循环动力，保证了非约束熔化过程的完整性，最终得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的流程图；
图2(a)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的球体区域原始图像图；
图2(b)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的顶部空气-液态相变材料相界面区域原始图像图；
图2(c)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的顶部空气-液态相变材料相界面和固态相变材料区域原始图像图；
图3(a)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的球体区域图像处理结果图；
图3(b)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的顶部空气-液态相变材料相界面区域图像处理结果图；
图3(c)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的顶部空气-液态相变材料相界面和固态相变材料区域图像处理结果图；
图4为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的圆拟合结果图；
图5(a)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的相变结束时刻的相界面曲线图；
图5(b)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的相变过程目标时刻的相界面曲线图；
图6(a)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的像素行在图像中未经过拟合圆中轴时固态相变材料体积的截面示意图；
图6(b)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的像素行在图像中经过拟合圆中轴时固态相变材料体积的截面示意图；
图7为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的相变结束时刻相变材料的总体积结果图；
图8为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的目标时刻相变材料的总体积结果图；
图9为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的固态相变材料的体积结果图；
图10(a)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的固态相变材料体积为半球a的体积计算示例图；
图10(b)为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量方法的固态相变材料体积为半球b的体积计算示例图；
图11为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量装置的结构示意图；
图12为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量设备的控制器结构示意图；
图13为本发明实施例的非约束熔化瞬态液化率测量设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-槽体；2-循环浴槽；3-图像采集设备；4-补光设备；5-相变容器；
6-控制器；7-第一球阀；8-第二球阀；9-第一液体泵；10-第二液体泵；
101-获取模块；102-第一处理模块；103-第二处理模块；
104-第三处理模块；105-第四处理模块；901-处理器；902-存储器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“目标”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量方法，如图1所示，该非约束熔化瞬态液化率测量方法具体包括如下步骤：
步骤S101：获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像。
具体地，在实际应用中，本发明实施例以球形相变单元为例，进行非约束熔化瞬态液化率测量，为保证计算得到的瞬态液化率的准确性，本发明实施例将待测量材料的相变开始前的初始图像、相变结束时刻的第一图像以及相变过程中的某一时刻的第二图像进行获取，图像结果如图2(a)、图2(b)和图2(c)所示，其中，i、ii、iii分别表示相变初始、相变结束和相变中某时刻（即目标时刻）。
步骤S102：分别计算第一图像对应的第一相界面曲线以及第二图像对应的第二相界面曲线。在实际应用中，由于直接对图像进行计算，容易存在较大计算误差，本发明实施例通过对图像进行处理，通过对处理后的图像进行计算，保证计算的准确性。
具体地，在一实施例中，上述步骤S102具体包括如下步骤：
步骤S201：对当前图像进行像素提取处理，得到当前像素图像，当前图像为第一图像或第二图像。
步骤S202：对当前像素图像进行拟合处理，得到拟合数据。
步骤S203：基于拟合数据对当前像素图像的相界面进行轮廓识别，得到当前像素图像对应的相界面曲线。
具体地，在实际应用中，可以通过图像处理软件例如Photoshop对原始图像进行处理，分别完成球体区域（图2(a)）、顶部空气-液态相变材料相界面区域（图2(b)）以及顶部空气-液态相变材料相界面和固态相变材料区域（图2(c)）等目标区域的轮廓识别和像素提取，并对提取后的区域像素进行灰度、二值化、取反、闭运算和填充等形态学操作，处理结果分别如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示。
优选地，图像处理过程中，对目标区域进行轮廓识别、像素提取和像素计算时采用图像处理软件Photoshop和MATLAB实现；对输入图像进行灰度操作时，使用Otsu方法计算全局阈值；对输入图像进行二值化操作时，将所有高于全局阈值的像素赋值为1（白色），并将所有其他像素赋值为0（黑色）；对输入图像进行闭运算时，膨胀算子和腐蚀算子取值范围为3-10之间的某一值，但实际情况不限于此，为保证轮廓识别以及像素计算的准确性而进行图像处理过程中图像软件、图像方法及参数的变化，也在本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法的保护范围之内。
进一步地，将图像处理后，再对目标区域内的图像进行圆拟合，如图4所示，使用最小二乘法对图3(a)中初始时刻的目标区域的左、右边界像素进行圆拟合，形成圆形面罩，获得拟合圆中轴的横坐标值。
以目标区域中x轴方向距离最长的像素行为上边界，对处理后的图3(b)和图3(c)中空气-液态相变材料相界面进行轮廓识别，得到的相变结束时刻的相界面曲线y if,ii（图5(a)）以及相变过程目标时刻的相界面曲线y if,iii（图5(b)）。
步骤S103：基于第一图像、第一相界面曲线及第二相界面曲线，计算得到待测量相变材料在目标时刻的总体积。
具体地，本发明实施例以球形相变单元为例，在图像处理过程中，对于相变材料总体积以及固态相变材料底部区域的体积计算，假设目标区域内某一像素行为其所属圆柱体的中心截面，根据该像素行中像素值为1的像素个数，计算该行对应的圆柱体的体积，进而积分得到目标区域内物体的总体积；对于固体相变材料顶部区域的体积计算，假设目标区域内某一像素行为其所属部分圆柱体的中心截面，通过积分计算部分圆柱体的截面积，乘以高度得到体积大小，进而积分得到目标区域内物体的总体积。
具体地，在实际应用中，对于固态相变材料顶部区域体积的计算，需要包括一假设条件，该假设条件为假设计算区域内某一像素行为其所属部分圆柱体的中心截面。进一步地，为了计算得到部分圆柱体的体积，我们需要知道其截面积和高度，在实际计算中，如图6(a)和图6(b)所示，固体相变材料顶部区域内某一像素行对应部分圆柱体的截面积分为两种情况：图6(a)表示该像素行在图像中未经过拟合圆中轴，图6(b)表示该像素行在图像中经过拟合圆中轴。
具体地，在一实施例中，上述步骤S103具体包括如下步骤：
步骤S301：基于第一图像、第一相界面曲线，计算相变结束后待测量相变材料的总体积。
具体地，在实际应用中，如图7所示，以图4为计算模板，以步骤S102处理后得到的相界面曲线y if,ii作为积分上限，计算相变结束相变材料的总体积V t,ii，计算公式如下：
其中，V i为第i像素行对应圆柱体的体积，N i为第i像素行中像素为1的像素个数，O为像素宽度，V t,ii为相变结束相变材料的总体积，y if,ii为相变结束空气-液态相变材料相界面曲线的y坐标。
步骤S302：基于待测量相变材料的材料信息及第一相界面曲线，计算待测量相变材料的比例因子，材料信息包括：质量信息和密度信息。
具体地，在实际应用中，基于相变结束图像中液态相变材料的质量守恒，获得物体真实尺寸与像素尺寸的比例因子O，计算公式如下：
其中：O为比例因子，M t为相变材料的总质量，ρ l为液态相变材料的密度。
步骤S303：基于相变结束后待测量相变材料的总体积、比例因子及第二相界面曲线，计算得到待测量相变材料在目标时刻的总体积。
具体地，在实际应用中，如图8所示，以步骤S102处理后得到的相界面曲线y if,iii作为积分上限，计算相变中目标时刻相变材料的总体积V t,iii，计算公式如下：
其中，V t,iii为相变中目标时刻相变材料的总体积，y if,iii为相变中目标时刻空气-液态相变材料相界面曲线的y坐标。
步骤S104：基于第二图像，计算得到待测量相变材料在目标时刻对应的固态相变材料的体积。
具体地，在一实施例中，上述步骤S104具体包括如下步骤：
步骤S401：基于第二图像中 x 轴方向距离最长的像素行，对当前固态相变材料进行区域划分，得到第一区域和第二区域。在实际应用中，第一区域即为固态相变材料的顶部区域；第二区域即为固态相变材料的底部区域。
步骤S402：分别对第一区域和第二区域内的固态相变材料体积进行计算，得到第一固态体积和第二固态体积。
步骤S403：基于第一固态体积和第二固态体积，计算得到待测量相变材料在目标时刻对应的固态相变材料的体积。
结合图3(a)、图3(b)、图3(c)和图9所示，以目标区域中x轴方向距离最长的像素行y b作为划分固体相变材料顶部区域和底部区域的像素行，以固态相变材料底部区域的上边界像素行y b作为积分上限，计算相变中某时刻固态相变材料底部区域的体积V s,b，计算公式如下：
其中，V s,b为固态相变材料底部区域的体积，y b为底部区域积分上限的y坐标值。
以固态相变材料顶部区域的上边界像素行y t作为积分上限，（y b+1）作为积分下限，计算相变中某时刻固态相变材料顶部区域的体积V s,t，计算公式如下：
其中，S i为第i像素行对应部分圆柱体的截面积，x axis为拟合圆中轴的x坐标值，x i,L和x i,R分别为第i像素行左、右边界像素的x坐标值，V s,t为固态相变材料顶部区域的体积，y t分别为顶部区域积分上限的y坐标值。
步骤S105：基于待测量相变材料在目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率。
具体地，待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率通过如下公式计算：
其中，γ表示目标时刻对应的瞬态液化率；V s,b为目标时刻对应的第一固态体积；V s,t为目标时刻对应的第二固态体积；V t,iii为待测量相变材料在目标时刻的总体积。
具体地，考虑到实验过程，固态相变材料顶部相界面的倾斜角通常在5-20°范围内。为充分体现出本发明的测量方法的可靠性，如图10(a)和图10(b)所示，采用本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法计算两个已知体积的几何半球在不同倾斜角度下的体积，计算原理和方法参照实施方式中步骤S101至步骤S105，本发明实施例通过将一完整球体进行切分，分别得到半球a和半球b，该完整球体直径为56 cm，本发明实施例中以该球体切分后的半球a和半球b进行计算，得到固态相变材料的真实值和计算值的比对结果，具体计算结果见表1。
其中，对于半球a的体积计算，半球a体积的真实值通过如下公式计算：
其中，
为直径56 cm的球体的体积。
对于半球b的体积计算，半球b体积的真实值通过如下公式计算：
其中，
为直径56 cm的球体的体积。
从表1中可以看出，对于半球a的体积计算，本方法的最大相对误差小于0.4％；对于半球b的体积计算，本方法的最大相对误差小于0.9％。对于不同几何模型在不同倾斜角度下的体积计算，本发明实施例的计算值与真实值存在较小的误差，表明本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法是可靠的。
表1 不同倾斜角度下本发明实施例方法体积计算值及相对误差
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法，通过获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；分别计算第一图像对应的第一相界面曲线以及第二图像对应的第二相界面曲线；基于第一图像、第一相界面曲线及第二相界面曲线，计算得到待测量相变材料在目标时刻的总体积；基于第二图像，计算得到待测量相变材料在目标时刻对应的固态相变材料的体积；基于待测量相变材料在目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率。通过对待测量的相变材料进行图像采集，基于图像信息对目标时刻的待测量的相变材料的总体积和固态相变材料的体积进行分别计算，最终确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率，通过图像采集可以更加直观地了解待测量相变材料的相界面情况，在此基础上对待测量相变材料进行瞬态液化率计算，大幅减小了由于熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，从而得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
下面将结合具体应用示例，对本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量方法进行详细的说明。
结合图1-图10(b)所示，首先通过高清相机对待测量的相变材料进行拍摄，将拍摄后的图像进行像素提取；对处理后的初始时刻的像素图像进行圆拟合形成圆形面罩，获得拟合圆中轴的横坐标值；以目标区域中x轴方向距离最长的像素行为上边界，分别对熔化过程中的某时刻和相变结束后的空气-液态相变材料相界面进行轮廓识别；基于轮廓识别后的图像计算待测量相变材料的总体积和固体相变材料体积；最后计算得到瞬态液化率值。
本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量装置，如图11所示，该非约束熔化瞬态液化率测量装置包括：
获取模块101，用于获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。
第一处理模块102，用于分别计算第一图像对应的第一相界面曲线以及第二图像对应的第二相界面曲线。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。
第二处理模块103，用于基于第一图像、第一相界面曲线及第二相界面曲线，计算得到待测量相变材料在目标时刻的总体积。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。
第三处理模块104，用于基于第二图像，计算得到待测量相变材料在目标时刻对应的固态相变材料的体积。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述，在此不再进行赘述。
第四处理模块105，用于基于待测量相变材料在目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率。详细内容参见上述方法实施例中步骤S105的相关描述，在此不再进行赘述。
上述的非约束熔化瞬态液化率测量装置的更进一步描述参见上述非约束熔化瞬态液化率测量装置实施例的相关描述，在此不再进行赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量装置，通过对待测量的相变材料进行图像采集，基于图像信息对目标时刻的待测量的相变材料的总体积和固态相变材料的体积进行分别计算，最终确定待测量相变材料在目标时刻对应的瞬态液化率，通过图像采集可以更加直观地了解待测量相变材料的相界面情况，在此基础上对待测量相变材料进行瞬态液化率计算，大幅减小了由于熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，从而得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
本发明实施例提供了一种非约束熔化瞬态液化率测量设备，如图12和图13所示，该非约束熔化瞬态液化率测量设备包括：
图像采集设备3，用于采集目标区域内待测量相变材料的图像信息；
控制器6，与图像采集设备3连接，控制器6包括：
处理器901和存储器902，存储器902和处理器901之间互相通信连接，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图12中以通过总线连接为例。
进一步地，处理器901可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
上述非约束熔化瞬态液化率测量设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
优选地，图像采集设备可以为高清相机。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过图像采集设备3，用于采集目标区域内待测量相变材料的图像信息；控制器6，与图像采集设备3连接，用于处理图像信号和计算瞬态液化率。通过可视化拍摄手段，基于图像处理算法和合理假设，利用二维图像中目标区域像素的位置信息，获得几何体中三维物体的体积信息，进而计算相变材料瞬态液化率，不仅大幅减小了由于熔化过程中固-液相界面因倾斜问题带来的计算误差，还得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
具体地，在实际应用中，本发明实施例选择计算机作为控制器，与图像采集设备3连接，进行配合使用。
进一步地，该非约束熔化瞬态液化率测量设备，还包括：
相变容器5，相变容器5内填充一定质量的待测量相变材料；
槽体1，槽体1内放置相变容器5，槽体1适于为相变容器5加热；
循环浴槽2，循环浴槽2内流通换热介质，其中，换热介质的工作温度范围覆盖相变材料的相变点；
管体（图中未示出），包括第一管体（图中未示出）和第二管体（图中未示出），管体内流通换热介质，其中，第一管体设置于槽体1出口端和循环浴槽2的入口端之间；第二管体设置于槽体1入口端和循环浴槽2的出口端之间；
目标区域为相变容器5对应的区域，图像采集设备3与相变容器5对应设置，用于采集相变容器5内待测量相变材料的图像信息。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过设置循环浴槽2为相变容器5内的待测量相变材料进行加热，保证了非约束熔化过程的完整性，最终得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
进一步地，该非约束熔化瞬态液化率测量设备，还包括：
球阀，包括第一球阀7和第二球阀8，适于控制对应管体内的换热介质的流速；
液体泵，包括第一液体泵9和第二液体泵10，适于为对应管体内的换热介质提供循环动力；
其中，槽体1、第一液体泵9、第一球阀7和循环浴槽2通过第一管体依序连接；循环浴槽2、第二球阀8、第二液体泵10和槽体1通过第二管体依序连接。
优选地，如图13所示，本发明实施例提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备主要由槽体1、循环浴槽2、图像采集设备3、补光设备4、相变容器5、控制器6、第一球阀7、第二球阀8、第一液体泵9和第二液体泵10等部件组成。其中，图像采集设备3选用高清相机，补光设备4选用补光灯箱，控制器6选用计算机，此外，为便于可视化观察，槽体1和相变容器5均采用透明材质制作；槽体1的排液口通过第一管体依序与第一液体泵9、第一球阀7和循环浴槽2的进液口相连通，循环浴槽2的排液口通过第二管体依序与第二球阀8、第二液体泵10和槽体1的进液口相连通；循环浴槽2连接槽体1，用于加热相变容器5壁面；高清相机用于追踪相变容器5中相变材料相界面的变化；补光灯箱用于提供逆光光源；计算机用于实现高清相机的定时拍照和后续图像处理。
本发明提供的非约束熔化瞬态液化率测量设备，通过设置球阀，保证了对应管体内的换热介质的流速的灵活控制；通过设置液体泵，为对应管体内的换热介质提供循环动力，保证了非约束熔化过程的完整性，最终得到更为准确的瞬态液化率计算结果。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种非约束熔化瞬态液化率测量方法，其特征在于，包括：
获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，所述图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；
分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线；
基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积；
基于所述第二图像，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积；
基于所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积，包括：
基于所述第一图像、所述第一相界面曲线，计算相变结束后所述待测量相变材料的总体积；
基于所述待测量相变材料的材料信息及所述第一相界面曲线，计算所述待测量相变材料的比例因子，所述材料信息包括：质量信息和密度信息；
基于相变结束后所述待测量相变材料的总体积、所述比例因子及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二图像，计算得到当前所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积，包括：
基于所述第二图像中 x 轴方向距离最长的像素行，对所述当前固态相变材料进行区域划分，得到第一区域和第二区域；
分别对所述第一区域和第二区域内的固态相变材料体积进行计算，得到第一固态体积和第二固态体积；
基于所述第一固态体积和所述第二固态体积，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率通过如下公式计算：
其中，γ表示目标时刻对应的瞬态液化率；V s,b为目标时刻对应的所述第一固态体积；V s,t为目标时刻对应的所述第二固态体积；V t,iii为所述待测量相变材料在目标时刻的总体积。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线，包括：
对当前图像进行像素提取处理，得到当前像素图像，所述当前图像为所述第一图像或所述第二图像；
对所述当前像素图像进行拟合处理，得到拟合数据；
基于所述拟合数据对所述当前像素图像的相界面进行轮廓识别，得到所述当前像素图像对应的相界面曲线。
6.一种非约束熔化瞬态液化率测量装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标区域内待测量相变材料的图像信息，所述图像信息包括相变结束时刻的第一图像以及相变过程目标时刻的第二图像；
第一处理模块，用于分别计算所述第一图像对应的第一相界面曲线以及所述第二图像对应的第二相界面曲线；
第二处理模块，用于基于所述第一图像、所述第一相界面曲线及所述第二相界面曲线，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻的总体积；
第三处理模块，用于基于所述第二图像，计算得到所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的固态相变材料的体积；
第四处理模块，用于基于所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的总体积和固体相变材料的体积，确定所述待测量相变材料在所述目标时刻对应的瞬态液化率。
7.一种非约束熔化瞬态液化率测量设备，其特征在于，包括：
图像采集设备（3），用于采集目标区域内待测量相变材料的图像信息；
控制器（6），与所述图像采集设备（3）连接，所述控制器（6）包括：
处理器（901）和存储器（902），所述存储器（902）和所述处理器（901）之间互相通信连接，所述存储器（902）中存储有计算机指令，所述处理器（901）通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.根据权利要求7所述的非约束熔化瞬态液化率测量设备，其特征在于，还包括：
相变容器（5），所述相变容器（5）内填充一定质量的待测量相变材料；
槽体（1），所述槽体（1）内放置所述相变容器（5），所述槽体（1）适于为所述相变容器（5）加热；
循环浴槽（2），所述循环浴槽（2）内流通换热介质，其中，所述换热介质的工作温度范围覆盖所述相变材料的相变点；
管体，包括第一管体和第二管体，所述管体内流通所述换热介质，其中，所述第一管体设置于所述槽体（1）出口端和所述循环浴槽（2）的入口端之间；所述第二管体设置于所述槽体（1）入口端和所述循环浴槽（2）的出口端之间；
所述目标区域为所述相变容器（5）对应的区域，所述图像采集设备（3）与所述相变容器（5）对应设置，用于采集相变容器（5）内待测量相变材料的图像信息。
9.根据权利要求8所述的非约束熔化瞬态液化率测量设备，其特征在于，还包括：
球阀，包括第一球阀（7）和第二球阀（8），适于控制对应管体内的所述换热介质的流速；
液体泵，包括第一液体泵（9）和第二液体泵（10），适于为对应管体内的所述换热介质提供循环动力；
其中，所述槽体（1）、所述第一液体泵（9）、所述第一球阀（7）和所述循环浴槽（2）通过所述第一管体依序连接；所述循环浴槽（2）、所述第二球阀（8）、所述第二液体泵（10）和所述槽体（1）通过所述第二管体依序连接。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机从而执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210200521.6A CN114266004B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210200521.6A CN114266004B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114266004A true CN114266004A (zh) | 2022-04-01 |
| CN114266004B CN114266004B (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=80833770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210200521.6A Active CN114266004B (zh) | 2022-03-03 | 2022-03-03 | 一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114266004B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102305806A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-01-04 | 中南大学 | 相变储能材料熔点附近热导率的检测方法及检测装置 |
| CN108982577A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-12-11 | 浙江大学 | 基于热色液晶的复合相变材料熔化/凝固过程的相界面测量装置及方法 |
| CN114087847A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-02-25 | 石家庄铁道大学 | 液态空气储能冷-热-电-空气四联供装置及方法 |
-
2022
- 2022-03-03 CN CN202210200521.6A patent/CN114266004B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102305806A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-01-04 | 中南大学 | 相变储能材料熔点附近热导率的检测方法及检测装置 |
| CN108982577A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-12-11 | 浙江大学 | 基于热色液晶的复合相变材料熔化/凝固过程的相界面测量装置及方法 |
| CN114087847A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-02-25 | 石家庄铁道大学 | 液态空气储能冷-热-电-空气四联供装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| S.F.HOSSEINIZADEH 等: "Unconstrained melting inside a sphere", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMAL SCIENCES》 * |
| 卢一杭 等: "基于图像数字化处理的相变熔化传热过程研究", 《太阳能学报》 * |
| 张新敬 等: "压缩空气储能技术研究进展", 《储能科学与技术》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114266004B (zh) | 2022-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103996172B (zh) | 一种基于多步校正的鱼眼图像校正方法 | |
| CN106485753B (zh) | 用于无人驾驶汽车的摄像机标定的方法和装置 | |
| WO2019051961A1 (zh) | 一种管道检测方法、装置以及存储介质 | |
| WO2021139494A1 (zh) | 基于单目摄像头的动物体在线核赔方法、装置及存储介质 | |
| CN110278382A (zh) | 一种聚焦方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN109509535A (zh) | 食物体积的获取方法、食物热量的获取方法、电子设备 | |
| CN105528758B (zh) | 基于可编程逻辑器件的图像重映射方法及装置 | |
| CN105160682B (zh) | 图像边缘检测方法及装置 | |
| CN109741404B (zh) | 一种基于移动设备的光场采集方法 | |
| CN109272572A (zh) | 一种基于双Kinect相机的建模方法及装置 | |
| US11514608B2 (en) | Fisheye camera calibration system, method and electronic device | |
| CN105352975A (zh) | 一种桥梁缆索外观检测方法 | |
| CN104134203A (zh) | 一种近景摄影测量的快速密集匹配法 | |
| WO2022078440A1 (zh) | 一种包含运动物体的空间占用率采集判断设备及方法 | |
| CN114266004B (zh) | 一种非约束熔化瞬态液化率测量方法及装置 | |
| CN110136207A (zh) | 鱼眼相机标定系统、方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN111968241A (zh) | 管道工程建设的基坑测量系统及方法 | |
| CN109389645B (zh) | 相机自校准方法、系统、相机、机器人及云端服务器 | |
| CN110851978A (zh) | 一种基于可见性的摄像机位置优化方法 | |
| CN104915924B (zh) | 一种自动实现三维超声图像定标的方法 | |
| CN103399652A (zh) | 一种基于OpenCV摄像头标定的3D输入方法 | |
| JP5080416B2 (ja) | 入力画像から検出対象物の像を検出する画像処理装置 | |
| CN113658274B (zh) | 用于灵长类动物种群行为分析的个体间距自动计算方法 | |
| CN113723380B (zh) | 基于雷达技术的人脸识别方法、装置、设备和存储介质 | |
| CN110264511B (zh) | 一种参数测量的方法及其系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |