搅拌混合是许多工艺技术的关键步骤,涉及冶金、石油、能源、化工等众多领域。在物理反应中,搅拌混合是为了获得多种物质分布的均匀性;在化学反应中,搅拌混合是为了加速反应进程。因此,使气液混合过程两相分布可视化并获得气液两相混合特性,对于优化搅拌过程具有重要意义。传统的测量混合效果的方法有高速摄像机拍摄和测电导率等。高速摄像机成像具有空间上的重叠性;电导探针测点不具代表性,且探针过多也会影响混合效果。因此,亟需一种可靠、非侵入的技术方法对气液混合过程进行探测。电容层析成像(ECT)技术具有非侵入、响应速度快、实时监测等优点,在研究多相混合的过程中具有很强的优势。本文围绕顶吹气体搅拌气液混合可视化和混合效果的评价,设计了覆盖有12电极ECT传感器的顶吹搅拌器,搭建了顶吹搅拌试验系统。首先运用线性反投影算法对气液混合过程图像进行重建;其次运用基于Color Pix和支持向量机的图像分割技术对图像特征进行提取;再利用“Three-state test(3st)”方法对气液混合过程分形维数时间序列进行混沌特征识别。最后通过腐蚀化计盒维数和Logistic回归分析对气液混合过程的混匀时间进行了量化。主要研究内容和结论如下:(1)设计制作单层12电极ECT传感器,当测量电极长15cm,宽4.2cm时,成像精度最高。气相选用空气,液相选用合成导热油,运用线性反投影算法进行图像重建。重建成像精度达94.89%,说明利用ECT研究气液混合是可行的。(2)运用基于Color Pix和支持向量机的图像分割技术对图像特征进行提取,得到了气相、液相和气液混合相的流型及分布;使得顶吹气液混合过程不仅可被实时成像,也可线下进行图像重构,分析混合效果。(3)求取各工况ECT图像的分形维数,利用“3st”方法对气液混合过程分形维数波动的周期、准周期以及混沌特征进行判别。分析周期性影响因素,得到了在顶吹气液混合过程中,混合较好的工况均为混沌状态的结论。(4)最后运用“腐蚀化计盒维数”法对实验结果ECT图像进行处理,得到计盒维数斜率值P的时间序列,运用Logistic回归求得P值拐点,对气液混匀时间进行量化。最早达到混匀状态的工况为进气量Q=2.0m~3/h,插入深度为H=30cm,液相温度T=45℃。综上所述,该实验研究结合了ECT技术、数字图像处理和数学理论方法,为吹气搅拌研究提供了新的思路,研究结果可以帮助数学模拟人员正确理解研究过程的物理特性。总之,利用ECT技术可对气液混合过程进行流型可视化及混合特性分析,且本文所设计的搅拌器和所采用的数据处理方法可推广应用于其他两相流混合研究领域。