(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111460477.4 (22)申请日 2021.12.02 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 颜旭　王月　黎佳未　李垦　 彭苏怡　冯帆　林璋　唐崇俭　 王海鹰　柯勇　 (74)专利代理 机构 长沙启昊知识产权代理事务 所(普通合伙) 4326 6 代理人 谢珍贵 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G16C 20/10(2019.01) G06F 30/28(2020.01)G06T 17/00(2006.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/62(2017.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种污泥脱水性能的微观定量化分析方法 和系统 (57)摘要 本申请公开了一种污泥脱水性能的微观定 量化分析方法和系统， 包括： 建立污泥微观结构 的三维模型； 从三维模型中提取二维切片中的关 键结构信息； 根据关键结构信息和三维模型参数 得到用于制备微流体芯片的模型化图纸并进行 芯片注水实验， 实时观察并记录污泥脱水全过 程； 对微流体 芯片的注水过程进行模拟仿真得到 仿真结果； 根据微流体芯片注水实验的实验结果 对模拟仿真结果进行处理， 反馈优化模拟仿真模 型； 将模拟 仿真结果与三维重构 模型进行比对反 馈， 验证三维重构操作的准确性以及该方法的可 靠性。 通过本申请解决了 现有技术中由于忽略污 泥微观结构而导致的污泥脱水性能无法进一步 提高的问题， 为提高污泥的脱水性能提供了支 持。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114049919 A 2022.02.15 CN 114049919 A 1.一种污泥 脱水性能的微观定量 化分析方法， 其特 征在于， 包括： 建立污泥微观结构的三维模型， 其中， 所述三维模型是对所述污泥进行微观结构扫描 后建立的， 所述 三维模型中污泥的参数进行了量 化； 从所述三维模型中提取二维切片中的关键结构信息， 其中， 所述关键结构信息能够反 映所述污泥的微观结构； 根据关键结构信息和三维模型参数得到用于制备微流体芯片的模型化图纸并进行芯 片注水实验， 实时观察并记录污泥脱 水全过程， 其中， 所述模 型化图纸能够代表所述污泥的 骨架结构； 对所述微流体芯片的注水过程进行模拟仿真得到仿真结果， 其中， 所述微流体芯片是 根据所述模型化图纸得到的； 根据微流体芯片注水实验的实验结果对模拟仿真结果进行处理， 反馈优化模拟仿真模 型， 其中， 所述模拟仿真模型用于反映污泥 脱水过程中的流场分布状况； 将模拟仿真结果与 所述三维重构模型进行比对反馈， 验证三维重构操作的准确性以及 所述方法的可靠性。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 建立所述污泥微观结构的三维模型包括： 从所述二维切片中提取骨架轮廓； 一一对应连接相邻二维切片的骨架轮廓； 拟合相邻二维切片的连接曲面得到所述 三维模型。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述污泥的参数至少包括： 污泥的孔隙度， 其中， 通过如下量 化所述孔隙度： 对所述二维切片进行阈值分割， 识别出污泥的孔隙和基质， 其中， 所述孔隙的面积和总 面积的比值 为所述孔隙度。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 量 化所述孔隙度还 包括： 识别所述 孔隙中相互连通的部分， 将所述相互连通的部分作为连通 孔。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 对所述微流体芯片的注水过 程进行模拟仿真得到的仿真结果包括： 流场分布云图和流场流线图， 反 映污泥脱水过程中 流体流速分布以及流动方向。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 根据微流体芯片注水实验的实验结果对模 拟仿真结果进行处 理， 包括： 将所述微流体芯片注水实验的实验结果与所述模拟仿真结果进行比对， 其中， 所述比 对的内容 为同一位置处的模拟仿真流速与微 流体芯片注水实验流速是否一 致。 7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法， 其特征在于， 将所述模拟仿真结果与三维 重构模型进行比对的内容包括： 比对模拟仿真的流场流线与三维重构模型中二维特征切片的渗流流线在流向与密度 上是否趋于一致。 8.一种污泥 脱水性能的微观定量 化分析系统， 其特 征在于， 包括： 建立模块， 用于建立污泥微观结构的三维模型， 其中， 所述三维模型是对所述污泥进行 微观结构扫描后建立的， 所述 三维模型中的污泥的参数进行了量 化； 提取模块， 用于从所述三维模型中提取二维切片中的关键结构信 息， 其中， 所述关键结权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114049919 A 2构信息能够反映所述污泥的微观结构； 实验模块， 用于根据关键结构信 息和三维模型参数得到用于制备微流体芯片的模型化 图纸并进 行芯片注水实验， 实时观察并记录污泥脱 水全过程， 其中， 所述模型化图纸能够代 表所述污泥的骨架结构； 仿真模块， 用于对所述微流体芯片的注水过程进行模拟仿真得到仿真结果， 其中， 所述 微流体芯片是根据所述模型化图纸得到的； 处理模块， 用于根据微流体芯片注水实验的实验结果对模拟仿真结果进行处理， 反馈 优化模拟仿真模型， 其中， 所述模拟仿真模型用于反映污泥 脱水过程中的流场分布状况； 验证模块， 用于将模拟仿真结果与所述三维重构模型进行比对反馈， 验证三维重构操 作的准确性以及所述方法的可靠性。 9.根据权利要求7 所述的系统， 其特 征在于， 所述建立模块用于： 从所述二维切片中提取骨架轮廓， 一一对应连接相邻二维切片的骨架轮廓， 拟合相邻 二维切片的连接曲面得到所述 三维模型。 10.根据权利要求7所述的系统， 其特征在于， 所述污泥的参数至少包括： 污泥的孔隙 度， 其中， 通过如下量化所述孔隙度： 对所述二维切片进行阈值分割， 识别出污泥的孔隙和 基质， 其中， 所述孔隙的面积和总面积的比值为所述孔隙度； 和 /或， 所述孔隙度还包括： 识 别所述孔隙中相互连通的部分， 将所述相互连通的部分作为连通 孔。 11.根据权利要求7至9中任一项所述的系统， 其特征在于， 对所述微流体芯片的注水过 程进行模拟仿真得到的仿真结果包括： 流场分布云图和流场流线图， 反 映污泥脱水过程中 流体流速 分布以及流动方向； 和/或， 所述处理模块用于根据微流体芯片注水实验的实验结 果对所述仿真结果进行比对， 其中， 所述比对的内容为同一位置出 的模拟仿真流速与微流 体芯片注水实验流速是否一致； 和/或， 所述处理模块用于比对模拟仿 真的流场流线与三 维 重构模型中二维特 征切片的渗 流流线在流向与密度上 是否趋于一致。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114049919 A 3