随着小尺度工业设备的发展,小管道气液两相流应用需求日益增长。小管道气液两相流的流动状态不仅影响传质传热、流动力学等机理特性,而且是其他参数精确检测的基础。图像法是小管道气液两相流流动状态监测的常用手段。现有大多数的图像法工作针对单一图像,结合数字图像处理和机器学习技术对小管道气液两相流流动状态进行监测工作,较少的图像法工作使用动态图像进行流动信息分析。光流法是一种有效的运动图像分析方法,现有大多数的光流计算框架基于亮度不变性假设原理,对环境照度变化情况的鲁棒性较低,对于两相流相间界面运动的计算精度不够。鉴于此,本文提出一种新的基于曲率域光流的小管道气液两相流流动状态监测方法,本文主要工作和贡献如下:1.根据小管道气液两相流流动特性和光流计算框架本身特点,提出了曲率域光流新算法。算法主要思路如下:首先利用Nadaraya-Watson核回归方法对动态图像进行平滑处理,然后根据曲面第二基本形式几何意义计算曲率域信息,最后基于曲率域基本结构量不变性计算光流场。在Middlebury光流评估数据集测试上的实验结果表明,曲率域光流算法的平均角误差不高于5.93,标准角误差不高于1.57;小管道气液两相流动态图像实验结果表明,本文提出的新方法可以突出相间界面运动信息。2.提出了基于曲率域光流算法的小管道气液两相流流动状态监测方法。利用主成分分析方法,对量化描述了小管道气液两相流流动信息的光流场,进行流动特征提取。然后对流动特征实施K-means聚类算法,实现了对流动状态的有效监测。3.设计并搭建了小管道气液两相流流动状态监测系统,包括流动单元、动态图像采集单元和流动分析单元。在内径为5.0mm的水平小管道中进行流动状态监测实验。实验结果表明,本文所提出的方法与系统可以有效监测包括泡状流、段塞流、层状流、环状流4种经典流型以及以上流型之间的过渡流型,识别率总体达到96%以上。