基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法及系统技术方案

本申请公开了基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法及系统，其中方法步骤包括：获取混沌混合过程中搅拌槽内示踪粒子的三维坐标进行记录，得到示踪粒子的三维坐标时间序列；基于三维坐标时间序列，绘制三维轨迹图和二维轨迹图；二维轨迹图包括：x

【技术实现步骤摘要】
基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法及系统


[0001]本申请涉及冶金、化学工程
，具体涉及基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法及系统。

技术介绍

[0002]搅拌操作在化工、冶金、生物等领域有着广泛的应用，混合效果的提升对提升产品质量和降低企业成本有着重要的意义。在实际应用的场景下，混合效果更好的高转速湍流混合因剪切力高、机械寿命低、物料易喷溅等客观原因难以推广应用。因此目前工业上主流的搅拌方式以低速层流搅拌为主。但是低速层流搅拌效率十分低下，尤其是在混合过程中会形成混合隔离区，在这个区域内部与外部的物质交换仅仅依靠最基本的物质扩散进行，因此效率更高的混沌搅拌越来越受到人们的关注。
[0003]为满足在各种工况下高效混合的需求，混合器的设计成为了一项重要课题。由于强制对流情况下影响流场的参数非常多，如：桨叶数量、叶轮转速、叶轮半径等等，因此在设计的时候需要根据实际情况进行设计。在实际操作中，不同搅拌槽的各项参数截然不同，因此要想快速高效的诱发混沌现象，搅拌槽需要高度定制化。目前最常见的技术路线就是由实验室开始进行逐级放大最后推广应用。在这个过程中，涉及到多种工况混沌性的评价。流场的混沌性有着明显的初值敏感性，因此在不同工况下其混沌特征会有显著变化，其本质是打破混合过程中的周期性扰动，使流场迹线交叉甚至是垂直，诱发混沌现象，提升混合效果。然而目前，对于搅拌槽内混沌现象的判断或是对比仍是一大难题。
[0004]如今对于系统混沌特性的研究技术主要是基于数学理论的数学量化法主要有：最大李雅普诺夫数、庞加莱截面等。最大李雅普诺夫数法是目前比较主流的混沌判断方法，表示系统在相空间中相邻轨道间收敛或发散的平均指数率。使用这种方法首先要确定动力系统常微分方程的近似解，然后对系统雅各布矩阵进行特征值分解或奇异值分解求得李雅普诺夫数。使用这种方法的前提是动力系统的运动学方程，这在实际操作中难度非常大。虽然后续有开发出以基于Wolf算法和Rosenstein小数据法为代表的轨道跟踪法作为辅助，但这些方法都是基于理论值估计，并不能完全代表实际动力系统。与最大李雅普诺夫数法相似，庞加莱截面法需要重构相空间，也难以避开求解动力系统运动学方程的问题。此外庞加莱截面法本身是一种简化算法，在某些情况下并不能完整描述相空间内轨迹状态，高度依赖算法。综上，基于数学理论的数学量化方法高度依赖动力系统的运动学方程，这在实际操作过程中非常难以实现，而且使用的时候输入数据多为压力波动、温度波动等时间序列，这些参数在采集的时候往往只能采集单点的压力参数变化，难以代表整个流体域，而且采集点布设复杂。因此需要一种简单便捷且能对整个流体域的混沌特征进行分析的方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述背景中的技术问题，本申请着眼于混沌特征最基本的初值敏感性、遍历性进行判断。混沌系统是由周期系统加入扰动形成的，本申请从最终结果入手，使用算法
迭代去除扰动，最终得到初始周期轨迹，即极限环，通过对比形成极限环所需迭代次数对比不同混合方式的混沌特性。提供了一种有较高实用价值的混沌特性评价方法。
[0006]为实现上述目的，本申请提供了基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法，步骤包括：
[0007]获取混沌混合过程中搅拌槽内示踪粒子的三维坐标进行记录，得到示踪粒子的三维坐标时间序列；
[0008]基于所述三维坐标时间序列，绘制三维轨迹图和二维轨迹图；所述二维轨迹图包括：x
‑
y、x
‑
z与y
‑
z平面的二维轨迹图；
[0009]基于所述三维轨迹图和所述二维轨迹图，进行迭代；
[0010]通过判断不同工况下的迭代次数，来判断混合均匀性和混合效率。
[0011]优选的，得到所述三维坐标时间序列的方法包括：当容器为通透容器时，利用摄像头拍摄容器内示踪粒子的运动，实时识别示踪粒子三维坐标并进行记录，得到所述三维坐标时间序列。
[0012]优选的，得到所述三维坐标时间序列的方法还包括：当容器为非透明容器时，将多轴陀螺仪放入示踪粒子中，通过速度、加速度和角度确定示踪粒子的所述三维坐标时间序列。
[0013]优选的，进行所述迭代的方法包括：
[0014]S1.对所述二维轨迹图进行图像处理，计算连通域数量；
[0015]S2.通过中点坐标法处理所述三维坐标时间序列；
[0016]S3.重复执行S1和S2直至所述二维轨迹图分别有一个连通域，即形成稳定极限环。
[0017]优选的，所述三维轨迹图和所述二维轨迹图为线图；并且首尾相连。
[0018]优选的，进行所述图像处理的方法包括：
[0019]对所述二维轨迹图进行灰度处理，得到灰度图像；
[0020]对所述灰度图像进行二值化处理，得到二值图像；
[0021]对所述二值图像进行形态学处理，并对所述二值图像的边缘进行腐蚀，得到最终图像；
[0022]统计所述最终图像的连通域数量。
[0023]优选的，所述中点坐标法具体步骤包括：选取所述三维轨迹图相邻两坐标点的中点并依次相连，形成新的空间闭合曲线。
[0024]本申请还提供了基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价系统，包括：获取模块、绘制模块、迭代模块和判断模块；
[0025]所述获取模块用于获取混沌混合过程中搅拌槽内示踪粒子的三维坐标进行记录，得到示踪粒子的三维坐标时间序列；
[0026]所述绘制模块用于基于所述三维坐标时间序列，绘制三维轨迹图和二维轨迹图；所述二维轨迹图包括：x
‑
y、x
‑
z与y
‑
z平面的二维轨迹图；
[0027]所述迭代模块用于基于所述三维轨迹图和所述二维轨迹图，进行迭代；
[0028]所述判断模块用于通过判断不同工况下的迭代次数，来判断混合均匀性和混合效率。
[0029]与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
[0030]本申请由混沌最基本的初值敏感性和遍历性特征和混沌的产生方式作为理论支撑，可靠性高。同时，还引入中点坐标法，有效地避免了局部混沌整体不混沌的情况发生。本申请引入图像处理技术，简单方便，可操作性高；除此之外，还极大地方便了混合器的设计，同时能够减少不合理设计造成的人力物力损失。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本申请实施例的方法流程示意图；
[0033]图2为本申请实施例的三维坐标采集示意图；
[0034]图3为本申请实施例中点坐标法的操作示意图；
[0035]图4为本申请实施例的两种示例工况混沌特征比较示意图；
[0036]图5为本申请实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法，其特征在于，步骤包括：获取混沌混合过程中搅拌槽内示踪粒子的三维坐标进行记录，得到示踪粒子的三维坐标时间序列；基于所述三维坐标时间序列，绘制三维轨迹图和二维轨迹图；所述二维轨迹图包括：x
‑
y、x
‑
z与y
‑
z平面的二维轨迹图；基于所述三维轨迹图和所述二维轨迹图，进行迭代；通过判断不同工况下的迭代次数，来判断混合均匀性和混合效率。2.根据权利要求1所述的基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法，其特征在于，得到所述三维坐标时间序列的方法包括：当容器为通透容器时，利用摄像头拍摄容器内示踪粒子的运动，实时识别示踪粒子三维坐标并进行记录，得到所述三维坐标时间序列。3.根据权利要求2所述的基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法，其特征在于，得到所述三维坐标时间序列的方法还包括：当容器为非透明容器时，将多轴陀螺仪放入示踪粒子中，通过速度、加速度和角度确定示踪粒子的所述三维坐标时间序列。4.根据权利要求1所述的基于坐标时间序列的多相混合混沌特征评价方法，其特征在于，进行所述迭代的方法包括：S1.对所述二维轨迹图进行图像处理，计算连通域数量；S2.通过中点坐标法处理所述三维坐标时间序列；S3.重复执行S1和S2直至所述二维轨迹图分别有一个连通域，即形成稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建新，范明炀，孙辉，王华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：