摘要
凝胶作为一种重要的功能材料，在能源行业、电力行业、航天领域、以及食品化妆品、医药生物等领域都具有广泛应用。凝胶的物理特性对于研究凝胶体系的流变特性、反应动力学等具有重要意义。在凝胶的各种应用中，作为堵漏剂的用量极大且对凝胶物理特性要求也极高。针对凝胶堵漏剂研发的物理特性分析仪，可以方便地将其推广到各个应用领域中，具有较高的示范作用和广泛的应用价值。目前常见的凝胶物理特性测量设备操作复杂、计算速度慢且价格昂贵，难以满足现场的工作需求。因此，研发一种基于数字图像的凝胶物理特性分析仪，可以快速有效地对凝胶相关参数进行实时测量。同时，利用并行计算可以显著提高设备的数据处理效率，缩短数据处理时间，提升仪器的自动化程度。 论文分析了凝胶物理特性计算的方法。在此基础上，根据实际分析计算的需要，设计了凝胶物理特性分析仪的硬件和软件部分。根据硬件设计方案，选择了合理的包括压力泵和相机等设备的硬件装置，可以较好地完成模拟凝胶流动、毛细管图像采集等功能。根据硬件装置，论文从提高计算速度和精度的角度，提出了改进的分割算法。该算法在大津法的基础上通过添加一定的判断条件来区分目标与背景，可以有效地滤除光影对识别结果的影响。当凝胶凹液面曲线提取不完整时，提出利用多项式曲线拟合算法，对凝胶在毛细管中的凹液面曲线进行完整性拟合。在此基础上利用光流法和单目测距原理确定核心参数△L,从而计算凝胶的物理特性。根据对硬件的设计和算法的研究，论文研发了一种基于并行计算的高精度凝胶物理特性分析仪。该物理特性分析仪具有高精度、实时性强、操作方便、非接触式且便携小巧的特点。 通过对油田实际3个批次的凝胶物理特性的实测表明，论文所研发的凝胶物理特性分析仪避免了接触测试样品及操作复杂等问题，能够准确地获得实际物理特性。将测量结果的平均相对误差由3％提高到在2％左右，满足实际工程应用的精度要求。并对系统整体的加速效果进行了测试统计，结果表明引入并行计算后系统速度得到显著提升，加速比可达数十倍。
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