随着铸造技术的发展,人们对铸造质量提出了更高的要求。研究铸模结晶器内液态金属的流动状态可以为铸造工艺的优化设计和技术改造提供科学依据,对保证连铸过程的顺利运行和提高铸件质量具有重要意义。随着科技的发展,对铸模内液态金属流动状态的研究也向着可视化的方向发展。目前,对铸模内液态金属流动状态研究的方法有超声波成像、X射线成像、数值模拟方法和电磁层析成像,存在实时性差、非入侵性差、放射性、成本高、直观性差、传感器结构复杂等问题,不利于推广使用。电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography Technology,ECT)是一种用于重建传感区域内介电常数分布的过程成像技术,具有传感器结构简单、成本低、响应速度快、非入侵、图像重建算法成熟等优点,所以利用ECT系统对铸模内液态金属的流动状态进行可视化研究具有重要意义,主要做了以下工作:1.本文在阅读大量文献的基础上,首先对铸模内液态金属流动状态可视化的研究背景和主要方法进行了详细介绍,并结合ECT技术和ECT系统图像重建算法的研究现状,选择ECT技术对铸模内液态金属流动状态进行可视化研究;对ECT系统组成部分,包括电容传感器、数据信息采集、计算机成像进行功能介绍,并对ECT的基本原理进行了论述。2.ECT系统主要用于非导电物体的成像,而对铸模内液态金属流动状态的研究,实质是对具有高导电率的物体进行研究。本文在电磁学麦克斯韦方程的基础上,研究8极板电容传感器的麦克斯韦电容矩阵,求解电容值,并通过建立数学模型,从理论上推导被测物体为金属以及高介电常数材料的电容值的近似性。最后利用COMSOL建立模型进行仿真研究,结果为这两种模型电容值近似相等,这为利用ECT系统对铸模内液态金属流动状态的可视化研究提供了基础。3.针对图像重建算法中出现的图像精度低、边缘信息缺失等问题,提出了一种以总变差、平滑准则和最大熵为目标函数的多目标水平集图像重建算法。水平集算法是一种图像边缘优化算法,主要处理图形的边界问题。在本文算法中,目标函数总变差可以解决ECT系统灵敏度场的“软场”的问题,目标函数平滑准则和最大熵可以使图像平滑,并保留边界信息,改善部分信息丢失的问题。基于多目标的水平集图像重建算法中三个目标函数相互作用,从而提高图像的精度。4.最后进行实验仿真。通过COMSOL建立被测物体为金属的多种流型,利用MATLAB进行成像,引入图像评价参数图像误差和相关系数。本文算法与LBP算法、Landweber算法和水平集图像重建算法进行比较,直观图像上比其他的算法成像效果好,并且本文算法的误差比其他算法更小,相关系数更大,说明成像效果好。从而证明了利用ECT系统对铸模内液态金属流动状态可视化可行且有效。