【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液固旋流分离，具体涉及一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法及试验平台。
技术介绍
1、泥质砂岩型矿石资源通常存在于复杂的多相介质中，其提取分离的效率主要受介质界面特性的影响与控制，直接使用传统单一的溶浸工艺难以实现泥质砂岩矿的低成本高效提取。尽管现有技术已逐步开发了由物理、化学以及微生物方法联合的工艺，但相关方法对于泥化严重的砂岩矿中的总体提取效果仍不理想。
2、旋流器是一种按粒度、密度进行分级或分离的设备，泥砂分离旋流技术可将泥质砂岩矿中的泥砂分级分离，提升旋流器分离性能需要深入了解和研究其内部流场，旋流器内部的流体力学行为和分散相泥砂颗粒的运动规律非常复杂，颗粒切向、径向、轴向三个维度的速度分量难以精准测量。因此如何稳定可靠的获取多维度泥砂分离旋流技术参数是突破快速洗砂精准分级技术的关键。
3、现有技术对于旋流场泥砂颗粒的运动规律通常采用计算机模拟仿真软件进行模拟，然而由于工况及物料参数较难提前设定，需要大量的实验数据及数据分析拟合，因此会造成软件模拟失真，对实际生产的辅助功能大大降低，且大量的工业现场试生产数据采集成本非常大，可拓展性差；
4、因此亟需开发一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法及平台，用于在实验室模拟相应实际工况，获取旋流场内任意切面、多维度空间点内的速度分布信息，以实现复杂流场环境下全流场的无接触、无扰动、高精度测量和显示，为实际工业生产提供实时精准数据。
技术实现思路
1、本专利技术要解决
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一、多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法
4、本专利技术还提供一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，包括如下步骤：
5、s1，泥砂混合物料制备：开采后的泥砂混合物经过破碎机破碎和筛网初筛后装入砂浆搅拌桶中，并加入预设质量的水与泥砂混合搅拌均匀，配置成预设浓度的砂浆；
6、s2，水力旋流器进行颗粒分级分离：混合均匀后的砂浆通过泥浆输送泵泵送至水力旋流器中进行颗粒分级分离，在旋流器离心力作用下，使粗颗粒由底部出料口排出，使细颗粒由上部溢流口排出；
7、s3，采用荧光高分子微球颗粒作为示踪粒子：将荧光高分子微球颗粒作为示踪粒子均匀分散至砂浆中并随砂浆旋转流体运动，同时通过脉冲激光器发射激光源，使所述荧光高分子微球颗粒发出荧光；
8、s4，获取旋流场内指定视角和截面内三个维度的示踪粒子高清瞬时图像：通过环向位移导轨与竖向位移导轨相配合，使各ccd相机移动至指定视角和截面进行同步拍摄，以获取三个维度的示踪粒子高清瞬时图像，并将获取的示踪粒子高清瞬时图像实时发送至计算机图像处理系统；
9、s5，通过图像追踪算法获取示踪粒子的运动轨迹信息，并通过快速傅里叶变换互相关分析算法获取示踪粒子在切向、径向、轴向三个维度的空间位移信息；
10、s6，基于示踪粒子在三个维度的空间位移信息，，和拍摄时间间隔，计算所述示踪粒子在切向、径向、轴向三个维度的速度分量，并将离散的速度点通过标准高斯权重插值，以获取示踪粒子在三个维度内连续的速度信息。
11、进一步的，在步骤s4中，所述获取三个维度的示踪粒子高清瞬时图像，包括：
12、s41，沿环向位移导轨调整竖向位移导轨一和竖向位移导轨二的位置，使所述竖向位移导轨一与竖向位移导轨二呈正交设置；
13、s42，沿所述竖向位移导轨一分别调整左侧ccd相机一和左侧ccd相机二的高度，使所述左侧ccd相机一处于指定高度h，并使所述左侧ccd相机一与左侧ccd相机二的纵向间距等于预设值h；
14、所述预设值h根据上一次试验获取的时间间隔内示踪粒子的轴向位移乘以预设修正系数计算得到；
15、s43，沿所述竖向位移导轨二分别调整右侧ccd相机一和右侧ccd相机二的高度，使所述右侧ccd相机一和右侧ccd相机二分别与所述左侧ccd相机一和左侧ccd相机二相平齐；
16、s44，通过呈正交平齐设置的左侧ccd相机一和右侧ccd相机一，获取示踪粒子在高度h截面的切向、径向瞬时图像；
17、s45，通过呈正交平齐设置的左侧ccd相机二和右侧ccd相机二，获取示踪粒子在高度h-h截面的切向、径向瞬时图像；
18、s46，通过同侧沿纵向设置的ccd相机一和ccd相机二，获取示踪粒子在该侧的轴向瞬时图像；
19、所述ccd相机在拍摄前先进行三维空间标定和图像校准，包括：在所述指定视角和截面位置采集校准靶盘在竖直方向多个点上的图像，并寻找每幅靶盘图像的中心，以校正所述ccd相机的机械误差。
20、进一步的，在步骤s5中，所述图像追踪算法，包括：
21、获取t1时刻拍摄的图像信号：
22、；
23、获取t2时刻拍摄的图像信号：
24、；
25、式中，f为轨迹函数，为示踪粒子在预设坐标系下的三维空间坐标，和分别为t1和t2时刻的图像噪音干扰；
26、通过-，以获取时间间隔内所述示踪粒子的运动轨迹：
27、。
28、进一步的，在步骤s5中，所述快速傅里叶变换互相关分析算法，包括：
29、所述t1时刻拍摄的图像信号与t2时刻拍摄的图像信号，二者的互相关函数如下式：
30、
31、式中，均为相关性系数；
32、通过求解所述互相关函数的最大值，以获取时间间隔内，示踪粒子在切向、径向、轴向三个维度的空间位移信息，，。
33、二、多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台
34、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，采用如上所述的试验方法，其包括：
35、用于装载泥砂混合物料的砂浆搅拌桶3，所述砂浆搅拌桶3的底部进水口通过连接管一16与泥浆输送泵1相连接，所述砂浆搅拌桶3的侧部出浆口通过连接管二17与水力旋流器6的侧部进料口相连接，所述水力旋流器6的顶部设置有溢流口18，底部设置有出料口19；
36、所述水力旋流器6两侧分别设置有竖向位移导轨一7和竖向位移导轨二9，顶部架设有脉冲激光器14，底部沿周向环绕设置有环向位移导轨8，且所述竖向位移导轨一7和竖向位移导轨二9的底端均安装于所述环向位移导轨8上；
37、所述竖向位移导轨一7面向水力旋流器6的一侧沿纵向依次安装有左侧ccd相机一10和左侧ccd相机二11，所述竖向位移导轨二9面向水力旋流器6的一侧沿纵向依次安装有右侧ccd相机一12和右侧ccd相机二13；
38、所述左侧c本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤S4中，所述获取三个维度的示踪粒子高清瞬时图像，包括：
3.根据权利要求1所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤S5中，所述图像追踪算法，包括：
4.根据权利要求3所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤S5中，所述快速傅里叶变换互相关分析算法，包括：
5.一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，采用如权利要求1至4中任意一项所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于， 所述竖向位移导轨一（7）面向水力旋流器（6）的一侧沿纵向依次安装有左侧CCD相机一（10）和左侧CCD相机二（11）；所述竖向位移导轨二（9）面向水力旋流器（6）的一侧沿纵向依次安装有右侧CCD相机一（12）和右侧CCD相机二（13）
7.根据权利要求5所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于，所述泥浆输送泵（1）输出口连接有缓冲罐，且所述连接管一（16）上靠近泥浆输送泵（1）输出口的一端安装有泵送流量计（2）和流量调节阀一；
8.根据权利要求5所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于，所述泥浆输送泵（1）用于将砂浆搅拌桶（3）内混合均匀的泥砂混合物料泵送至水力旋流器（6）内进行颗粒分级分离。
9.根据权利要求8所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于，所述水力旋流器（6）内的泥砂混合物料均匀混合有荧光高分子微球颗粒作为示踪粒子；所述脉冲激光器（14）用于向水力旋流器（6）内发射激光源，使所述荧光高分子微球颗粒发出荧光。
10.根据权利要求9所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于，所述环向位移导轨（8）用于调节各CCD相机的横向拍摄视角，所述竖向位移导轨一（7）和竖向位移导轨二（9）分别用于调节对应CCD相机的竖向拍摄截面，所述CCD相机用于拍摄所述示踪粒子的高清瞬时图像，并发送至所述计算机图像处理系统（15）；
...【技术特征摘要】
1.一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤s4中，所述获取三个维度的示踪粒子高清瞬时图像，包括：
3.根据权利要求1所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤s5中，所述图像追踪算法，包括：
4.根据权利要求3所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于步骤s5中，所述快速傅里叶变换互相关分析算法，包括：
5.一种多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，采用如权利要求1至4中任意一项所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的多维度泥砂分离旋流场颗粒示踪与捕捉试验平台，其特征在于， 所述竖向位移导轨一（7）面向水力旋流器（6）的一侧沿纵向依次安装有左侧ccd相机一（10）和左侧ccd相机二（11）；所述竖向位移导轨二（9）面向水力旋流器（6）的一侧沿纵向依次安装有右侧ccd相机一（12）和右侧ccd相机二（13）。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李江山，薛强，亓振，钟锋，陈新，万勇，魏厚振，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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