基于改进絮体检测与跟踪的微涡流絮凝工艺复杂流态可视化与过程模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61872141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0210.计算机图像视频处理与多媒体技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

There are lots of problems in micro-vortex flocculation process of water treatment. For example, the method of identification, detection and tracking of flocculation is complex and poor effectively, real flow cannot be reflected truly because of only considering liquid phase and ignoring solid phase, and micro-vortex flocculation inherent law is unclear. Aiming to the above problems, the project group intend to use Canny and Watershed Algorithm to proceed edge detection so as to gain accurately floc characteristic parameters including quantity and fractal dimension. And multi-target tracking is achieved by Fruit Fly Optimization Algorithm based on BP Nerve Network to obtain floc moving velocity quickly and accurately. Flow Visualization is acquired by numerical simulation and flocculation tracking to reveal distribution of flow field under solid-liquid two-phase complex flow, which could optimize hydraulic condition and obtain some key parameters e.g., flow velocity, tubulence kinetic energy, dissipated energy and vortex scale. The micro-vortex flocculation process model among the floc relative scale, characteristic parameters and effluent turbidity is established to further reveal the inherent law of flocculation. The research results have important theoretical value and practical significance to optimize the management of vortex flocculation treatment, improve water quality and ensure the safety of drinking water.
在水处理微涡流絮凝工艺研究中,絮体的识别、检测与跟踪方法运算复杂、效果欠佳,仅关注液相(水)而忽略固相(絮体)的单相流流场分布,存在无法准确反映其真实流态、内在规律不明等问题,拟采用 Canny及分水岭等算法进行边缘检测,准确获取絮体数量、分形维数等特征参数;采用基于BP神经网络的果蝇优化算法实现多目标跟踪,以快速准确得到絮体运动速度;通过絮体跟踪与数值模拟相结合,实现流场可视化,揭示微涡流絮凝工艺固液两相复杂流态下的流场分布规律,优化水力条件;获取流场流速、湍动能、能耗散和涡旋尺度等关键信息,建立融合絮体相对尺度、特征参数和出水浊度之间的微涡流絮凝工艺过程模型,进一步揭示絮凝内在规律。项目研究成果对优化微涡流絮凝工艺运行管理、节省絮凝剂投加量、提高出水水质、保障居民的饮用水安全具有重要的理论价值与实用价值。

结项摘要

针对水处理微涡流絮凝工艺中絮体的识别、检测与跟踪方法运算复杂,流场分布无法准确反映其真实流态、内在规律不明等问题,本项目主要研究内容及成果如下。.(1)提出了一种基于BP神经网络的果蝇优化算法,获取了更快速准确检测出絮体数量、分形维数、絮体强度、密实度、絮体粒度等性能参数以及絮体运动速度等的改进絮体检测与跟踪方法,实现了絮体多目标跟踪,提高了寻优速度及检测精度。.(2)研制了水处理吸附和催化功能性材料,并应用于微涡流絮凝预处理和后处理;利用CFD数值模拟软件对絮凝过程的固-液两相复杂流态进行数值模拟研究,得出速度和能量矢量图及云图,对湍动能、能耗散等影响进行分析,实现了微涡流絮凝工艺固-液两相复杂流态可视化流场及絮体可视化运动轨迹可视化,进一步揭示了固-液两相复杂流态下的絮凝流场分布规律,优化了微涡流反应器及微涡流絮凝池池型结构。.(3)将絮体检测与跟踪算法获取的各项絮体特征参数,与数值模拟获得的流场信息相结合,建立了多源数据融合的絮凝过程模型,揭示了微涡流絮凝工艺的内在规律,优化了微涡流絮凝工艺运行管理,节省了絮凝剂投药量。.研究结果对揭示微涡流絮凝工艺的内在规律、优化微涡流反应器及微涡流絮凝池池型结构设计、指导微涡流絮凝工艺运行管理、提高水处理絮凝效果、保障居民的饮用水安全具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(10)
微涡流絮凝工艺处理高浊水的数值模拟与响应面优化试验
  • DOI:
    10.12153/j.issn.1674-991x.20210620
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    环境工程技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐琪珂;戴红玲;赵国强;胡锋平
  • 通讯作者:
    胡锋平
Fabrication of graphitic carbon nitride functionalized P-CoFe2O4 for the removal of tetracycline under visible light: Optimization, degradation pathways and mechanism evaluation
可见光下去除四环素的石墨氮化碳功能化 P-CoFe2O4 的制备:优化、降解途径和机制评估
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.129783
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Hu Fengping;Luo Wendong;Liu Caihua;Dai Hongling;Xu Xing;Yue Qinyan;Xu Li;Xu Gaoping;Jian Yan;Peng Xiaoming
  • 通讯作者:
    Peng Xiaoming
Fe-Cu/N共掺杂的ZIFs衍生材料活化过硫酸盐降解四环素
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2021.0268
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    占鹏;胡锋平;朱建华;王晓英;龙兰兰;彭小明
  • 通讯作者:
    彭小明
Persulfate enhanced visible light photocatalytic degradation of organic pollutants by construct magnetic hybrid heterostructure
构建磁性杂化异质结构增强过硫酸盐可见光光催化降解有机污染物
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2019.07.329
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wendong Luo;Fengping Hu;Yuying Hu;Hongling Dai;Li Xu;Gaoping Xu;Yan Jian;Xiaoming Peng
  • 通讯作者:
    Xiaoming Peng
Improved image semantic segmentation with domain adaptation for mechanical parts
通过机械零件的域适应改进图像语义分割
  • DOI:
    10.1299/mej.21-00228
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Mechanical Engineering Journal
  • 影响因子:
    0.5
  • 作者:
    Xin Xie;Yuhui Huang;Tiancheng Wan;Lei Xu;Fengping Hu
  • 通讯作者:
    Fengping Hu

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其他文献

基于压缩感知的SIFT图像匹配算法的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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一体化涡旋网格澄清工艺的研制与应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    胡锋平
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    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    科学技术与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢昕;王伟如;万天成;江勋绎;胡锋平
  • 通讯作者:
    胡锋平
涡流澄清技术在污水处理中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    童祯恭
基于压缩感知和粒子滤波的改进絮体跟踪算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢昕;李慧萍;胡锋平
  • 通讯作者:
    胡锋平

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胡锋平的其他基金

基于机器视觉的水处理絮凝过程中絮体检测与控制模型研究
  • 批准号:
    61272197
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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