基于三维速度温度场同时重建的旋流燃烧特性研究
发布时间：2021-04-15 04:05
燃烧流场可视化和燃烧诊断的最新研究方向已延伸至开发非接触式、多参量定性分析、多维可视化的测量新方法。速度和温度是反映燃烧流场特性的重要参数,影响着燃烧动力学特性和燃烧机理,已成为联合表征和诊断燃烧过程的关键。融合粒子图像体测速技术和光偏折层析测温技术同时重建燃烧三维速度温度场,并以此为基础研究旋流燃烧特性。设计非预混燃烧器产生旋流火焰,构建速度和温度同时测量的实验系统,采集示踪粒子图像和莫尔条纹图像。使用三维粒子识别技术和互相关算法重建旋流燃烧三维速度场,使用条纹位移分析技术和偏折角修正迭代层析算法重建旋流燃烧三维温度场。通过实验探究旋流数和旋流叶片位置对火焰性态、速度分布、温度分布等特性的影响规律;使用计算流体动力学方法数值模拟旋流燃烧特性,并与实验结果进行对比分析。结果表明,随着旋流叶片远离空气管出口或旋流数减小,旋流燃烧高温区域变高变窄,旋流燃烧高速区域变小,旋流叶片对空气的加速能力与燃烧过程加速效应减弱。旋流燃烧中心区域的速度和温度低,随着距旋流中心径向距离的增加,速度和温度均呈先增大后减小的变化趋势。在距离喷嘴高度不同的截面上,高速区和高温区均呈现相似的封闭或半封闭的环形结构...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PIV原理示意图
基于三维速度温度场同时重建的旋流燃烧特性研究10本实验所用粒子图像测速技术利用互相关算法处理示踪粒子图像。互相关算法具有计算精度高、空间分辨率高、信噪比低等优点，计算粒子运动速度过程如图2-2所示，先将A帧粒子图像(A帧激光照亮流场时，CCD相机拍摄的粒子图像)分为多个查问区，然后计算B帧图像(B帧激光照亮时，CCD相机拍摄的粒子图像)中粒子相关性，寻找相关性最高的粒子查问区，最后根据示踪粒子图像中粒子的实际位移(标定过程确定了像素和实际位移的关系)和A、B帧拍摄时间间隔计算得到速度。图2-2互相关算法原理Fig.2-2PrincipleofcrosscorrelationalgorithmPIV在过去的十年中已经成熟，并成为定量流场可视化的一个有力的工具。然而，传统的PIV技术只能捕获流场的二维速度分布，因此不能揭示三维流场结构。而V3V(volumetricthree-componentvelocimetry，一种粒子图像体测速技术)可以测量流场瞬态三维速度，其测速原理如图2-3所示，体积光将待测流场中的示踪粒子照亮，与激光照射垂直的方向上有三台CCD相机拍摄示踪粒子图像，然后经过二维粒子识别、三维粒子识别、三维粒子匹配、互相关计算最终重建三维速度常
青岛科技大学研究生学位论文11图2-3V3V测速原理Fig.2-3PrincipleofV3VvelocitymeasurementV3V所用的互相关算法与二维PIV类似，将互相关算法中的二维矩阵(每个元素对应一个二维平面像素)变为三维矩阵(每个元素对应一个三维体积像素)即可，如下式：121111212(,,)(,,)xyzijknnnIijkIiijjkkR===+++=(2-3)式中：R12为互相关系数，xn、yn、zn分别为判读体在x、y、z三个方向上的实际尺寸，I为强度矩阵，为判读体内强度标准偏差，“i”“j”“k”是空间坐标系中的位置分量，下标“1”和“2”表示两个不同的时间步。当R12出现峰值时，可以得到判读体内示踪粒子的平均位移，使用高斯拟合算法计算得峰值位置的亚像素精度。2.2光偏折层析测温技术光偏折层析测温技术通过不同方向获得的投影数据来反演出被测流场的温度分布。层析的原理是将被测场分为多个互相平行的平面，将三维立体问题转化为二维平面问题，然后利用激光在180°范围内尽可能多的方向对被测场一维投影，然后得到多个探测平面上的投影数据，使用相应的重建算法进行反演运算，得出被探测平面的目标参量分布。使用光偏折层析测温技术时，当入射光线通过
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋流燃烧器旋流方式对燃烧特性的影响[J]. 刘前,李俊宇,周浩宇,李谦. 工业炉. 2020(02)
[2]低旋流预混燃烧稳燃机理的大涡模拟[J]. 刘英杰,刘潇,周波,张志浩,郑洪涛. 航空动力学报. 2020(02)
[3]CT-TDLAS测量燃烧火焰二维温度分布[J]. 周王峥,王珍珍,严俊杰,张丹,辻本一真,神本崇博,出口祥啓. 光子学报. 2019(12)
[4]中心分级燃烧室旋流角变化对燃烧特性的影响[J]. 刘爱虢,李昱泽,朱涛,刘凯. 热能动力工程. 2019(12)
[5]基于PIV技术的双旋流燃烧室冷态流场测量[J]. 顾大鹏,胡文成,窦义涛. 航空发动机. 2019(05)
[6]旋流非预混火焰长度的实验研究与理论预测[J]. 席中亚,付忠广,胡晓天,姜一博. 热能动力工程. 2019(08)
[7]OH与CH2O双组分平面激光诱导荧光对旋流燃烧室火焰结构与脉动特征的研究[J]. 严浩,张少华,余西龙,李飞,林鑫. 航空动力学报. 2019(04)
[8]预混旋流多喷嘴火焰激光可视化实验研究[J]. 柳伟杰,葛冰,臧述升,王慧汝. 推进技术. 2019(08)
[9]预混段出口角度对旋流预混燃烧特性影响[J]. 付忠广,宋家胜. 热力发电. 2019(02)
[10]一种新型旋流燃烧器内甲烷扩散燃烧特性[J]. 孙婷,田力,宋金瓯,祁海鹰,李科. 燃烧科学与技术. 2018(06)
硕士论文
[1]燃烧流场的温度与速度分布同时测量研究[D]. 刘志刚.青岛科技大学 2018
[2]基于CCD和光学层析成像算法的火焰三维温度场重建与实验研究[D]. 徐萌.华北电力大学(北京) 2016
[3]平焰燃烧速度场的PIV测试研究[D]. 张亚竹.内蒙古科技大学 2008
本文编号：3138633
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PIV原理示意图
基于三维速度温度场同时重建的旋流燃烧特性研究10本实验所用粒子图像测速技术利用互相关算法处理示踪粒子图像。互相关算法具有计算精度高、空间分辨率高、信噪比低等优点，计算粒子运动速度过程如图2-2所示，先将A帧粒子图像(A帧激光照亮流场时，CCD相机拍摄的粒子图像)分为多个查问区，然后计算B帧图像(B帧激光照亮时，CCD相机拍摄的粒子图像)中粒子相关性，寻找相关性最高的粒子查问区，最后根据示踪粒子图像中粒子的实际位移(标定过程确定了像素和实际位移的关系)和A、B帧拍摄时间间隔计算得到速度。图2-2互相关算法原理Fig.2-2PrincipleofcrosscorrelationalgorithmPIV在过去的十年中已经成熟，并成为定量流场可视化的一个有力的工具。然而，传统的PIV技术只能捕获流场的二维速度分布，因此不能揭示三维流场结构。而V3V(volumetricthree-componentvelocimetry，一种粒子图像体测速技术)可以测量流场瞬态三维速度，其测速原理如图2-3所示，体积光将待测流场中的示踪粒子照亮，与激光照射垂直的方向上有三台CCD相机拍摄示踪粒子图像，然后经过二维粒子识别、三维粒子识别、三维粒子匹配、互相关计算最终重建三维速度常
青岛科技大学研究生学位论文11图2-3V3V测速原理Fig.2-3PrincipleofV3VvelocitymeasurementV3V所用的互相关算法与二维PIV类似，将互相关算法中的二维矩阵(每个元素对应一个二维平面像素)变为三维矩阵(每个元素对应一个三维体积像素)即可，如下式：121111212(,,)(,,)xyzijknnnIijkIiijjkkR===+++=(2-3)式中：R12为互相关系数，xn、yn、zn分别为判读体在x、y、z三个方向上的实际尺寸，I为强度矩阵，为判读体内强度标准偏差，“i”“j”“k”是空间坐标系中的位置分量，下标“1”和“2”表示两个不同的时间步。当R12出现峰值时，可以得到判读体内示踪粒子的平均位移，使用高斯拟合算法计算得峰值位置的亚像素精度。2.2光偏折层析测温技术光偏折层析测温技术通过不同方向获得的投影数据来反演出被测流场的温度分布。层析的原理是将被测场分为多个互相平行的平面，将三维立体问题转化为二维平面问题，然后利用激光在180°范围内尽可能多的方向对被测场一维投影，然后得到多个探测平面上的投影数据，使用相应的重建算法进行反演运算，得出被探测平面的目标参量分布。使用光偏折层析测温技术时，当入射光线通过
【参考文献】：
期刊论文
[1]旋流燃烧器旋流方式对燃烧特性的影响[J]. 刘前,李俊宇,周浩宇,李谦. 工业炉. 2020(02)
[2]低旋流预混燃烧稳燃机理的大涡模拟[J]. 刘英杰,刘潇,周波,张志浩,郑洪涛. 航空动力学报. 2020(02)
[3]CT-TDLAS测量燃烧火焰二维温度分布[J]. 周王峥,王珍珍,严俊杰,张丹,辻本一真,神本崇博,出口祥啓. 光子学报. 2019(12)
[4]中心分级燃烧室旋流角变化对燃烧特性的影响[J]. 刘爱虢,李昱泽,朱涛,刘凯. 热能动力工程. 2019(12)
[5]基于PIV技术的双旋流燃烧室冷态流场测量[J]. 顾大鹏,胡文成,窦义涛. 航空发动机. 2019(05)
[6]旋流非预混火焰长度的实验研究与理论预测[J]. 席中亚,付忠广,胡晓天,姜一博. 热能动力工程. 2019(08)
[7]OH与CH2O双组分平面激光诱导荧光对旋流燃烧室火焰结构与脉动特征的研究[J]. 严浩,张少华,余西龙,李飞,林鑫. 航空动力学报. 2019(04)
[8]预混旋流多喷嘴火焰激光可视化实验研究[J]. 柳伟杰,葛冰,臧述升,王慧汝. 推进技术. 2019(08)
[9]预混段出口角度对旋流预混燃烧特性影响[J]. 付忠广,宋家胜. 热力发电. 2019(02)
[10]一种新型旋流燃烧器内甲烷扩散燃烧特性[J]. 孙婷,田力,宋金瓯,祁海鹰,李科. 燃烧科学与技术. 2018(06)
硕士论文
[1]燃烧流场的温度与速度分布同时测量研究[D]. 刘志刚.青岛科技大学 2018
[2]基于CCD和光学层析成像算法的火焰三维温度场重建与实验研究[D]. 徐萌.华北电力大学(北京) 2016
[3]平焰燃烧速度场的PIV测试研究[D]. 张亚竹.内蒙古科技大学 2008
本文编号：3138633
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