CN115937459A - 一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，包括：确定气泡运动路径的参考坐标系，其中，所述参考坐标系包括

轴、

轴和

轴，所述

轴和所述

轴为水平方向的坐标轴，所述

轴为竖直方向的坐标轴；在所述参考坐标系下，确定所述气泡运动路径中的多个采样点的坐标方差，其中，所述坐标方差包括

轴坐标的第一方差和

轴坐标的第二方差；确定所述第一方差是否小于或等于第一阈值以及所述第二方差是否小于或等于第二阈值；在所述第一方差小于或等于所述第一阈值并且所述第二方差小于或等于所述第二阈值的情况下，确定所述坐标方差属于第一集合；在所述坐标方差属于所述第一集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为直线型。

Description

一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法

技术领域

本申请总体说来涉及流体力学技术领域，更具体地讲，涉及一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法。

背景技术

气泡在液体中上浮的过程是一种典型的气液两相流，广泛存在于各类自然现象和工业过程中，如矿业领域中矿物的浮选、化工领域中反应器内气液两相的混合等。上浮时，依据气泡自身参数（如直径、内部气体的物性参数）和液相物性参数的不同，气泡会呈现出多种形状和运动路径，并伴随有不同的尾流结构，其中，气泡的运动路径是表征气泡运动的一个重要物理量。

目前已有的判别气泡运动路径类型的方法，是定性的、人工的，即画出气泡的运动路径在侧视或俯视平面上的投影，通过肉眼观察，人为地判别其属于哪一种类型。显然，这种判别方法效率较低，且判别标准受个体主观因素影响，使判别结果存在较大不确定性，不利于对气泡运动的建模和预测。

发明内容

本公开提供一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，能够实现自动地、定量地判别气泡运动路径类型，提升了判别的效率和准确性，有助于对气泡运动的建模和预测。

在一个总的方面，提供一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，包括：确定气泡运动路径的参考坐标系，其中，所述参考坐标系包括轴、轴和轴，所述轴和所述轴为水平方向的坐标轴，所述轴为竖直方向的坐标轴；在所述参考坐标系下，确定所述气泡运动路径中的多个采样点的坐标方差，其中，所述坐标方差包括轴坐标的第一方差和轴坐标的第二方差；确定所述第一方差是否小于或等于第一阈值以及所述第二方差是否小于或等于第二阈值；在所述第一方差小于或等于所述第一阈值并且所述第二方差小于或等于所述第二阈值的情况下，确定所述坐标方差属于第一集合；在所述坐标方差属于所述第一集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为直线型。

可选地，还包括：在所述第一方差大于所述第一阈值或者所述第二方差大于所述第二阈值的情况下，确定所述坐标方差属于第二集合；在所述坐标方差属于所述第二集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型。

可选地，所述非直线型包括Z字型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型，包括：对所述气泡运动路径在水平面上的投影区域进行椭圆拟合，得到第一拟合参数，其中，所述水平面包括所述参考坐标系的平面，所述第一拟合参数包括椭圆的短轴值和纵横比；确定所述短轴值是否小于或等于第三阈值以及所述纵横比是否小于或等于第四阈值；在所述短轴值小于或等于所述第三阈值并且所述纵横比小于或等于所述第四阈值的情况下，确定所述第一拟合参数属于第三集合；在所述第一拟合参数属于所述第三集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为Z字型。

可选地，所述非直线型还包括非Z字型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型，还包括：在所述短轴值大于所述第三阈值或者所述纵横比大于所述第四阈值的情况下，确定所述第一拟合参数属于第四集合；在所述第一拟合参数属于所述第四集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型。

可选地，所述非Z字型包括螺旋型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型，包括：对所述气泡运动路径在竖直平面上的投影曲线进行正弦曲线拟合，得到第二拟合参数，其中，所述投影曲线包括所述参考坐标系的平面上的第一投影曲线和所述参考坐标系的平面上的第二投影曲线，所述第二拟合参数包括所述第一投影曲线的第一拟合优度和所述第二投影曲线的第二拟合优度；确定所述第一拟合优度是否大于或等于第五阈值以及所述第二拟合优度是否大于或等于第六阈值；在所述第一拟合优度大于或等于所述第五阈值并且所述第二拟合优度大于或等于所述第六阈值的情况下，确定所述第二拟合参数属于第五集合；在所述第二拟合参数属于所述第五集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为螺旋型。

可选地，所述非Z字型还包括混乱型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型，还包括：在所述第一拟合优度小于所述第五阈值或者所述第二拟合优度小于所述第六阈值的情况下，确定所述第二拟合参数属于第六集合；在所述第二拟合参数属于所述第六集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为混乱型。

根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，在参考坐标系下，综合考虑了能够反映气泡运动路径几何特征的关键参数，通过确定关键参数是否属于预设集合，来快速地判别气泡运动路径的类型，易于实施，能够实现自动地、定量地判别气泡运动路径类型，提升了判别的效率和准确性，为气液两相流中气泡运动的建模和预测提供了支撑。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法的流程图；

图2是示出根据本公开的实施例的直线型气泡运动路径的示意图；

图3是示出根据本公开的实施例的Z字型气泡运动路径的示意图；

图4是示出根据本公开的实施例的螺旋型气泡运动路径的示意图；

图5是示出根据本公开的实施例的混乱型气泡运动路径的示意图。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定的顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本申请的公开之后将是清楚的。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与由本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语（诸如，在通用词典中定义的术语）应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本公开中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本公开的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

下面将参照图1至图5对根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法进行详细描述。

图1是示出根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法的流程图。

参照图1，在步骤S101中，可确定气泡运动路径的参考坐标系。这里，参考坐标系包括轴、轴和轴，轴和轴为水平方向的坐标轴，轴为竖直方向的坐标轴。

接下里，在步骤S102中，可在参考坐标系下，确定气泡运动路径中的多个采样点的坐标方差。这里，坐标方差可包括轴坐标的第一方差和轴坐标的第二方差。

接下来，在步骤S103中，可确定第一方差是否小于或等于第一阈值以及第二方差是否小于或等于第二阈值。这里，第一阈值和第二阈值可由本领域技术人员根据实际情况来确定，例如，第一阈值和第二阈值可以都为0.5，但本公开不限于此。

接下来，在步骤S104中，可在第一方差小于或等于第一阈值并且第二方差小于或等于第二阈值的情况下，确定坐标方差属于第一集合。

接下来，在步骤S105中，可在坐标方差属于第一集合的情况下，将气泡运动路径的类型判别为直线型。

根据本公开的实施例，在第一方差大于第一阈值或者第二方差大于第二阈值的情况下，可确定坐标方差属于第二集合；然后，在坐标方差属于第二集合的情况下，可将气泡运动路径的类型判别为非直线型。通过非直线型的气泡运动路径类型判别，能够考虑到更多类型的气泡运动路径判别，从而不局限于直线型的单一类型判别，提高了方案的整体适用性。

根据本公开的实施例，非直线型可包括Z字型，因此，在将气泡运动路径的类型判别为非直线型时，可对气泡运动路径在水平面上的投影区域进行椭圆拟合，得到第一拟合参数，这里，水平面包括参考坐标系的平面，第一拟合参数包括椭圆的短轴值和纵横比；确定短轴值是否小于或等于第三阈值以及纵横比是否小于或等于第四阈值；在短轴值小于或等于第三阈值并且纵横比小于或等于第四阈值的情况下，确定第一拟合参数属于第三集合；在第一拟合参数属于第三集合的情况下，将气泡运动路径的类型判别为Z字型。应理解，第三阈值和第四阈值可由本领域技术人员根据实际情况来确定，例如，第三阈值可以是3mm，第四阈值可以是0.3，但本公开不限于此。

根据本公开的实施例，非直线型还可包括非Z字型，在短轴值大于第三阈值或者纵横比大于第四阈值的情况下，确定第一拟合参数属于第四集合；在第一拟合参数属于第四集合的情况下，将气泡运动路径的类型判别为非Z字型。

根据本公开的实施例，非Z字型可包括螺旋型，因此，在将气泡运动路径的类型判别为非Z字型时，可对气泡运动路径在竖直平面上的投影曲线进行正弦曲线拟合，得到第二拟合参数，这里，投影曲线包括参考坐标系的平面上的第一投影曲线和参考坐标系的平面上的第二投影曲线，第二拟合参数包括第一投影曲线的第一拟合优度和第二投影曲线的第二拟合优度；确定第一拟合优度是否大于或等于第五阈值以及第二拟合优度是否大于或等于第六阈值；在第一拟合优度大于或等于第五阈值并且第二拟合优度大于或等于第六阈值的情况下，确定第二拟合参数属于第五集合；在第二拟合参数属于第五集合的情况下，将气泡运动路径的类型判别为螺旋型。这里，得到第一拟合优度和第二拟合优度的方式可由本领域技术人员根据实际情况来确定，例如，可计算可决系数作为统计量来度量拟合优度，但本公开不限于此。此外，第五阈值和第六阈值可由本领域技术人员根据实际情况来确定，例如，第五阈值和第六阈值可以都为0.65，但本公开不限于此。

根据本公开的实施例，非Z字型还包括混乱型，在第一拟合优度小于第五阈值或者第二拟合优度小于第六阈值的情况下，可确定第二拟合参数属于第六集合；在第二拟合参数属于第六集合的情况下，可将气泡运动路径的类型判别为混乱型。

为了更好地理解上述实施例，下面针对多种路径类型判别的情况，结合图2至图5来进行描述。

不同的气泡运动路径类型对应有不同的几何特征，例如，Z字型运动路径，其在俯视平面上的投影是一条直线，而在正交的两个侧视平面上的投影则分别是一条直线和一条近似正弦曲线。进一步地，可以提取出反映气泡运动路径几何特征的一些关键参数，将这些参数的取值定义为集合。依据每个参数取值的不同，可将每个集合划分为多个子集。不同子集的组合就对应了气泡运动路径不同的几何特征，进而对应了不同的路径类型。因此，根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，能够通过计算某一气泡运动路径的多个几何特征参数，判别其所属的集合，进而确定其路径类型。

根据本公开的实施例的气泡运动路径的类型基于气泡运动路径的三维坐标数据来确定。作为示例，可将气泡运动路径分为直线型、Z字型、螺旋型和混乱型四种类型，这四种类型的示意图分别如图2、图3、图4和图5所示。在参考坐标系中，设竖直方向为方向，两个水平方向为、方向，在判别气泡运动路径类型时所使用的几何特征参数可包括：

1）气泡运动路径坐标、的方差、；

2）对气泡运动路径在、平面上的投影、曲线进行正弦曲线拟合，得到的拟合优度、；

3）对气泡运动路径在平面上的投影区域进行椭圆拟合，得到的短轴值和纵横比。

上述几何特征参数的取值可分别定义为集合、、、、和，如表1所示。

 表1 集合定义表

对于每个集合，依据取值的不同可将其划分为两个子集，如表2所示。

表2 集合子集划分表

不同子集的组合就对应了气泡运动路径不同的几何特征，进而对应了不同的路径类型，如表3所示。

表3 路径类型判别集合表

针对上述四种类型的判别，具体流程阐述如下：

1）计算某一气泡运动路径的几何特征参数、、、、和，将其取值定义为集合、、、、和，并划分为不同子集。

2）根据和的取值，判别该路径是否属于第一集合。这里，若满足，则该路径属于第一集合，判别该路径的类型为直线型。否则，该路径属于第二集合，表明该运动路径类型不是直线型，可进行下一种类型的判别。

3）根据和的取值，判别该路径是否属于第三集合。这里，若满足，则该路径属于第三集合，判别该路径的类型为Z字型。否则，满足，该路径属于第四集合，表明该运动路径类型既不是直线型，也不是Z字型，可进行下一种类型的判别。

4）根据和的取值，判别该路径是否属于第五集合。这里，若满足，则该路径属于第五集合，判别该路径的类型为螺旋型。否则，满足，该路径属于第六集合，表明该运动路径既不是直线型、Z字型，也不是螺旋型，则判别该路径类型为混乱型。

需说明的是，上述各参数所取的判别阈值是大量实验后得到的推荐值，并非不可更改，本领域技术人员可根据实际情况酌情调整。

根据本公开的实施例的基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，在参考坐标系下，综合考虑了能够反映气泡运动路径几何特征的关键参数，通过确定关键参数是否属于预设集合，来快速地判别气泡运动路径的类型，易于实施，能够实现自动地、定量地判别气泡运动路径类型，提升了判别的效率和准确性，为气液两相流中气泡运动的建模和预测提供了支撑；此外，通过考虑气泡运动路径的多个几何特征参数，能够复用于多种类型判别的方案中，具有良好的适用性。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (6)

1.一种基于集合思想的气泡运动路径类型判别方法，其特征在于，包括：

确定气泡运动路径的参考坐标系，其中，所述参考坐标系包括轴、轴和轴，所述轴和所述轴为水平方向的坐标轴，所述轴为竖直方向的坐标轴；

在所述参考坐标系下，确定所述气泡运动路径中的多个采样点的坐标方差，其中，所述坐标方差包括轴坐标的第一方差和轴坐标的第二方差；

确定所述第一方差是否小于或等于第一阈值以及所述第二方差是否小于或等于第二阈值；

在所述第一方差小于或等于所述第一阈值并且所述第二方差小于或等于所述第二阈值的情况下，确定所述坐标方差属于第一集合；

在所述坐标方差属于所述第一集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为直线型。

2.如权利要求1所述的类型判别方法，其特征在于，还包括：

在所述第一方差大于所述第一阈值或者所述第二方差大于所述第二阈值的情况下，确定所述坐标方差属于第二集合；

在所述坐标方差属于所述第二集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型。

3.如权利要求2所述的类型判别方法，其特征在于，所述非直线型包括Z字型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型，包括：

对所述气泡运动路径在水平面上的投影区域进行椭圆拟合，得到第一拟合参数，其中，所述水平面包括所述参考坐标系的平面，所述第一拟合参数包括椭圆的短轴值和纵横比；

确定所述短轴值是否小于或等于第三阈值以及所述纵横比是否小于或等于第四阈值；

在所述短轴值小于或等于所述第三阈值并且所述纵横比小于或等于所述第四阈值的情况下，确定所述第一拟合参数属于第三集合；

在所述第一拟合参数属于所述第三集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为Z字型。

4.如权利要求3所述的类型判别方法，其特征在于，所述非直线型还包括非Z字型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非直线型，还包括：

在所述短轴值大于所述第三阈值或者所述纵横比大于所述第四阈值的情况下，确定所述第一拟合参数属于第四集合；

在所述第一拟合参数属于所述第四集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型。

5.如权利要求4所述的类型判别方法，其特征在于，所述非Z字型包括螺旋型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型，包括：

对所述气泡运动路径在竖直平面上的投影曲线进行正弦曲线拟合，得到第二拟合参数，其中，所述投影曲线包括所述参考坐标系的平面上的第一投影曲线和所述参考坐标系的平面上的第二投影曲线，所述第二拟合参数包括所述第一投影曲线的第一拟合优度和所述第二投影曲线的第二拟合优度；

确定所述第一拟合优度是否大于或等于第五阈值以及所述第二拟合优度是否大于或等于第六阈值；

在所述第一拟合优度大于或等于所述第五阈值并且所述第二拟合优度大于或等于所述第六阈值的情况下，确定所述第二拟合参数属于第五集合；

在所述第二拟合参数属于所述第五集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为螺旋型。

6.如权利要求5所述的类型判别方法，其特征在于，所述非Z字型还包括混乱型，其中，所述将所述气泡运动路径的类型判别为非Z字型，还包括：

在所述第一拟合优度小于所述第五阈值或者所述第二拟合优度小于所述第六阈值的情况下，确定所述第二拟合参数属于第六集合；

在所述第二拟合参数属于所述第六集合的情况下，将所述气泡运动路径的类型判别为混乱型。

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