固体颗粒对沟槽湍流边界层影响的实验研究

本文采用粒子图像测速技术(particles image velocimetry, PIV)研究固体颗粒对放置在平板湍流边界层中的平壁和沟槽壁面减阻效果的影响. 实验对清水和加入粒径为155 μm聚苯乙烯颗粒的流法向二维速度场信息进行采集, 对不同工况下的平均速度剖面、雷诺应力和湍流度等统计量进行对比, 分析流体在边界层中的行为. 运用空间局部平均结构函数提取了不同工况湍流边界层喷射?扫掠行为的空间拓扑结构并进行比较. 结果发现, 在不同的壁面条件下, 粒子加入后的对数律区中无量纲速度均略大于清水组, 雷诺切应力有所降低, 湍流度有所减弱. 对于不同流场速度下的沟槽而言, 颗粒的加入均降低了壁面附近的阻力, 而颗粒单独作用于光滑壁面的减阻效果并不明显. 加入粒子后的相干结构数目有所增加, 法向脉动速度下降. 沟槽壁面附近的相干结构数目有所增加, 法向脉动速度在自由来流速度较大时有所上升, 在速度较小时有所下降. 这表明不同减阻状况下的沟槽均能将大涡破碎成更多的涡, 并且粒子的加入强化了这种破碎作用.      

一种改进的高浓度风沙图像的动态灰度阈值分割算法

风沙跃移是塑造干旱区地貌的最主要的动力,其伴生的粉尘的释放、输送和沉降不但严重地影响了大气环境质量,也引起了全球气候 系统和海洋系统的变化. 单个沙粒轨迹形成是理解粒--床碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要纽带. 高浓度风沙图像处理算法是深入理解沙粒轨迹形成机制的关键技术. 为了实现对高浓度风沙图像精细处理, 本文提出了不依赖于经验参数的动态灰度阈值分割算法,它包括背景模板去噪、绿光通道灰度化处理、图像微分、灰度方差阈值目标检测和 最大类间方差灰度阈值分割等,其中背景模板去噪和灰度方差阈值目标检测等是新算法的主要亮点. 高浓度风沙图像分割实验显示, 扣减背景模板去除了条纹状和斑点状的稳定噪声;图像微分和灰度方差阈值目标检测显著地提高了暗沙粒识别的数量并有效地去除了随机噪声; 改进算法的沙粒有效识别个数(人 机判读坐标一致的沙粒数目)、查全率(计算机提取沙粒数目与人工判读的实际沙粒数比值)和查准率(有效沙粒数目与实际沙粒数目的比值) 分别为461, 71%和86%,显著地高于传统算法对应的85, 13%和82%,这表明新算法对高浓度风沙图像的分割效果良好. 避免单粒子分割和表观重叠问题是进一步完善高浓度风沙图像的分割算法的可能途径.      

基于图像灰度分析的腐蚀钢绞线细观损伤行为

外护套破损的在役拉吊索结构,索内镀锌钢丝或钢绞线直接暴露于自然环境中,特别是酸雨的服役环境下,镀锌钢丝或钢绞线腐蚀非常严重,造成重大安全隐患.通过酸雨环境下拉吊索钢绞线在交变应力、静态应力和无应力工况的加速腐蚀试验,运用数字化扫描电子显微镜对腐蚀试件进行图像采集,并进行图像灰度分析,研究钢绞线细观层次的腐蚀损伤力学行为.探索一种基于图像灰度分析的钢绞线腐蚀疲劳损伤评定方法,以期能更好的评估在役拉吊索服役状况与剩余寿命,为桥梁拉吊索结构检测、养护、更换决策提供科学依据.试验表明:腐蚀使钢绞线塑性降低,脆性增强,而在交变应力和环境腐蚀耦合作用下,试件的塑性降低更多,更易发生脆断.当腐蚀时间为720 h时,与无腐蚀试件相比,交变应力工况下试件的断后伸长率下降约50%,破断应力下降较多,个别试件的破断应力下降了约40%,试件发生脆断.静态应力以及无应力工况下腐蚀720 h的试件,断后伸长率约为无腐蚀试件的70%.基于图像腐蚀特征,腐蚀时间在120 h~240 h,各工况下的腐蚀试件抗拉强度变化不大,说明钢绞线镀锌层腐蚀阶段,表面腐蚀对其力学性能影响不大;腐蚀时间为360 h,交变应力工况相比无应力和静态应力工况下的试件,腐蚀更严重,破断应力有大幅下降的趋势.研究也表明,腐蚀图像能反映钢绞线细观损伤行为,细观的损伤行为又与其承载能力密切相关.腐蚀图像灰度分布、细观损伤以及承载力变化之间存在一定的映射关系.     

基于RGB颜色模型的玉米淀粉爆燃火焰传播速度

采用小尺度粉尘爆炸实验装置对不同质量浓度的玉米淀粉爆燃火焰传播过程进行了实验研究,建立了基于RGB颜色模型的火焰重构及形态学重建的粉尘火焰传播速度计算方法,计算了不同质量浓度下的玉米淀粉爆燃火焰传播速度。结果表明:采用基于RGB颜色模型的速度计算方法能够快速准确地计算出玉米淀粉爆燃火焰传播速度,火焰像素范围的确定是火焰速度计算的关键;管道内火焰传播速度受粉尘云质量浓度的影响,最大火焰传播速度随粉尘云质量浓度的增大先增大后减小,到达速度峰值的时间先缩短后增长,当质量浓度为0.63 kg/m3时,出现该实验条件下火焰传播速度最大值7.03 m/s。     

基于图像分析法的水稻茎秆力学性能测量与分析

水稻茎秆力学性能的准确描述是水稻抗倒伏力学分析的关键。由于茎秆是由生物活性材料组成的形状不规则柔性结构,传统的测试方法难以对其力学性能进行准确测量。以南方水稻为研究对象,采用拉伸试验机对水稻茎秆进行了拉伸试验。首先采用传统的应变片方法测量应变,继而探索采用图像分析法实现非接触、高精度地测量水稻茎秆的截面尺寸、拉伸变形。用数字摄像机记录不同荷载水平下试件表面的数字图像,采用数字图像相关分析法(DIC)进行分析,通过两种方法计算茎秆的轴向应变;将完成拉伸实验的试件切片,采集其横截面的数字图像,通过数字图像分析技术得到其几何特性,并对大量实验数据进行了统计分析,实现了对水稻茎秆弹性模量、抗弯刚度等的合理描述。实验结果表明,采用传统的应变片测量求得的水稻茎秆的弹性模量的离散性极大,超出样本差异性的范围,而采用数字图像分析方法得到的弹性模量、抗弯刚度的结果有一定的离散性,但分布比较合理,比较准确地反映了水稻茎秆相关的力学性能。     

新疆喀什河吉林台水电站地区稳定性研究

新疆喀什河吉林台水电站地区是地壳现代构造运动仍十分活跃的地区，工程的安全有可能会受到断层新活动的威胁，必须提供有关区域稳定性资料作为建设的依据，本文应用显微构造分析，同位素法测年，石英形貌法研究综合确定可能威胁工程的断层最后一次较强烈活动的时间为中更新世晚期，其活动的下限时间是13-20万年，上限时间为9-15万年。结合模拟实验的结果指出，在继续遭受到区域构造应力的作用下，工程区会作整体的抬升，不会产生新的断裂系统和应力集中区，因此选取的工程场址是优良的。     

基于偏振辐射图融合的水面太阳耀光抑制方法

提出一种基于偏振辐射图融合的太阳耀光抑制方法。采用同时偏振成像技术对耀光水面进行偏振测量,获得0°、45°、90°3个方向的偏振辐射图。在耀光受到最强抑制的偏振辐射图中选择残留强耀光区域,计算其Stokes参量,生成区域耀光抑制偏振辐射图。将所选偏振辐射图与区域耀光抑制偏振辐射图融合,进一步抑制耀光强度。室内实验结果表明,该方法可有效抑制耀光,消除图像的饱和像素,获得的融合图的亮度比强度图更加均匀,目标细节和轮廓信息更清晰,目标相对耀光背景的对比度显著提高。     

一种基于形状的红外图像泄漏气体检测方法

针对工业生产中泄漏气体导致的爆炸和火灾问题, 提出一种基于形状和SVM分类的红外图像泄漏气体检测方法。采用泄漏气体和干扰物红外图像样本的形状特征训练SVM分类器, 通过对红外图像序列采用基于背景差分的运动检测得到候选目标区域, 再对候选目标区域提取其形状特征, 最后使用SVM分类器进行判别, 从而得到最终的检测结果。使用乙烯气体泄漏仿真数据进行实验, 检测率最高可达98%, 结果表明, 采用该方法可以有效检测泄漏气体, 相比其他方法, 极大地减少了干扰物造成的误检。     

基于Mueller矩阵的偏振抑制反光方法

针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题,若仅依赖单偏振抑制反光,目标与背景之间对比度低,难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光,虽然对比度有所提高,但图像整体亮度较低,识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象,首先分析偏振抑制反光的能力,其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律,最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明,Mueller矩阵中M₂₂和M₃₃图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素,通过M₂₂和M₃₃生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时,有效地提高了目标与背景之间的对比度,从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。     

基于颜色预测和语义感知双分支结构的近红外图像彩色化算法北大核心CSCD

针对近红外图像彩色化过程中因近红外与可见光图像间模态差异较大,导致着色后图像在纹理细节处存在颜色晕染、区域误着色的问题,提出了颜色预测和语义感知相结合的生成对抗网络。设计颜色预测和语义感知双分支生成器,颜色预测分支采用带有跳转连接的残差网络,语义感知分支采用带有语义融合的空洞卷积金字塔结构;不同的扩张率,能够获得多个感受野提取多尺度语义特征,将感知到的语义嵌入到颜色预测分支,提高模型的语义理解能力,改善颜色晕染、区域误着色问题;设计循环一致语义损失函数,约束生成器中语义信息的一致性;算法在RGB-NIR场景数据集上进行性能实验比对以及消融实验。实验表明,所提算法相比于现有彩色化算法,PSNR、SSIM和LPIPS评价指标优于现有算法,着色效果更符合视觉感受。