定容燃烧火焰半径评价体系及计算方法研究
发布时间：2021-12-10 07:33
测量火焰半径是获取层流火焰燃烧特性参数的基础,因此,研究纹影图片的处理技术,提高火焰半径的计算精度是一项极其重要的工作,对于层流火焰燃烧特性的量化研究至关重要。本文定义半径测量角度、半径测量中心、标定比例和半径提取值等参数,系统性建立评价体系,提出半径测量中心坐标误差、半径均值、半径均值误差、火焰浮动度和火焰不均匀度等评价指标,然后对火焰半径计算方法展开研究,在总结现有的经典火焰半径计算方法的基础上提出新的火焰半径计算方法,并根据建立的评价体系对本文提到的四种火焰半径计算方法进行对比分析。首先,针对上浮和变形等两种状态下的球形火焰,对比分析了本文提出的四种火焰半径计算方法的差异性和适应性,从而找出优化火焰半径计算方法的途径。研究表明:研究表明:当火焰半径计算方法完全采用原始边缘轮廓点计算火焰半径时,不存在拟合误差,对火焰上浮情况的适应性良好,计算样本数中原始边缘轮廓点占比100%,计算出的火焰半径最接近真实值。火焰半径计算方法得到的半径测量中心必须随火焰上浮而相应上浮,才能很好地适应火焰上浮情况。火焰前锋面变形会进一步放大火焰半径的计算误差,最终导致层流燃烧特性参数计算差异变大。接着,...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贾亮等给出的不同掺氢比和当量比条件下的球形火焰传播纹影图片
西华大学硕士学位论文7碳含量增加，沼气-氢燃料的火焰稳定性得到改善。Zhou等[40]通过试验和仿真研究了点火能量对CH4/N2/O2/He混合物的膨胀球形火焰传播过程的影响，以减小点火能量对准确确定层流火焰速度的影响。研究表明：提高点火能量可以提高初始火焰传播速度，扩大受点火能量影响的火焰轨迹范围，但随着点火能量的增加，速度和范围的增加率减校基于点火能量在初始阶段的最小火焰传播速度的趋势，通过考虑初始火焰传播速度和能量守恒，得出最小可靠点火能量。图1.4樊祥山等给出的不同压力下的火焰扩张情况Fig.1.4FlameexpansionunderdifferentpressuresgivenbyFanXiangshanetal.1.3纹影图片处理技术研究现状定容燃烧试验平台采用高速摄像机记录球形膨胀火焰的传播过程，得到海量的纹影图片数据，后期的纹影图片数据处理工作是一项非常费时且艰巨的任务。随着计算机技术的发展，图片处理软件越来越强大，国内外学者们纷纷采用计算机处理图片数据[41-43]，一般基于Photoshop[45-46]和MATLAB[47-50]等软件编写纹影图片处理程序。
定容燃烧火焰半径评价体系及计算方法研究8纹影图片处理首先要准确定位纹影图片的火焰边缘[44,47,51-52]，获取火焰边缘轮廓点，定位越准确，图片处理的精度越高，如图1.5所示，为梁俊杰[53]采用canny算子进行边缘检测的结果。李福胜[54]在研究甲烷/氢气预混层流火焰传播时，基于MATLAB软件编写批量处理程序，读取纹影图片，转化为灰度图，然后进行排除杂点和降噪处理，最后采用sobel算子提取火焰前锋面轮廓。梁俊杰[53]在研究甲烷-正庚烷混合物的预混层流燃烧特性时，将纹影图片进行差帧处理以抑制噪声，然后采用canny算子进行边缘检测和按列扫描的方式来提取火焰边缘轮廓点，最后使用圆弧拟合法和面积法来计算火焰传播半径，并比较了两种方法的差异。Lapalme等[55]开发了一种火焰边缘检测方法来检索火焰半径，包括四个步骤：第一，进行去背景操作以减少噪声；第二，在两个点火电极的每一侧取消20°大小的三角形火焰区域来消除凸起；第三，根据去背景后图像进行边缘检测；第四，根据火焰边缘识别出最小圆，得出火焰传播半径。图1.5梁俊杰基于canny算子的边缘检测结果与原始火焰图片对比Fig.1.5ComparisonofedgedetectionresultsbasedoncannyoperatorwithoriginalflamepicturesgivenbyLiangJunjie获取火焰边缘轮廓点之后，则进入了计算半径的关键一步，半径计算方法多种多样，精度各异。针对火焰前锋面比较光滑，表现为圆或者椭圆的较为规则的球形火焰，许多学者对火焰前锋面边缘进行圆弧拟合来得到火焰半径，通常包括圆拟合和椭圆拟合[56-59]，如图1.6所示[56]。Bouvet等[56,60]、Tahtouh等[57]和Halter等[61]通过圆方程拟合火焰前锋面，具体步骤为：第一，去背景以增强火焰前锋面检测效果；第二，基于火焰前锋面的最?
【参考文献】：
期刊论文
[1]定容燃烧火焰传播半径测量准确度的研究[J]. 韩志强,肖邦,苏庆鹏,吴学舜,钱云寿. 内燃机学报. 2019(05)
[2]氮气稀释气对天然气燃烧特性的影响[J]. 曾文,刘靖,马洪安,刘爱虢,刘凯,梁双,李玮薇. 热科学与技术. 2019(03)
[3]2-甲基四氢呋喃-空气混合气层流燃烧特性[J]. 樊祥山,郭之益,王井山,何本壮,秦明元,王锡斌. 内燃机学报. 2019(01)
[4]生物质气燃烧稳定性与层流燃烧特性的试验[J]. 曾文,李玮薇,罗虎,何昊宸,刘宇,陈保东. 航空动力学报. 2018(09)
[5]初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响[J]. 秦静,徐鹤,裴毅强,左子农,卢莉莉. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[6]正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究[J]. 李格升,张海亮,张尊华,梁俊杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[7]全球油气资源分布与勘探发现趋势[J]. 姜向强,田纳新,殷进垠,陶崇智,王大鹏. 当代石油石化. 2018(06)
[8]异辛烷掺混乙醇在高温下层流预混燃烧特性的研究[J]. 张烨苗,李倩倩,闫治宇,黄佐华. 西安交通大学学报. 2018(07)
[9]1-戊烯和2-甲基-2-丁烯的层流燃烧速率的测量[J]. 程钰,胡二江,吕鑫,李孝天,黄佐华. 工程热物理学报. 2018(03)
[10]车用内燃机技术发展趋势[J]. 苏万华,张众杰,刘瑞林,乔英俊. 中国工程科学. 2018(01)
博士论文
[1]层流预混气体点火与火焰传播的模拟与实验研究[D]. 张伟阔.重庆大学 2018
[2]甲烷/氢气预混火焰传播及火焰锋面胞状结构特性研究[D]. 李福胜.北京交通大学 2018
[3]甲烷-正庚烷混合物预混层流燃烧特性研究[D]. 梁俊杰.武汉理工大学 2017
[4]汽油替代燃料燃烧机理研究与火焰传播速度测量[D]. 郑东.清华大学 2016
硕士论文
[1]容弹上用定容法测量层流燃烧速度的研究[D]. 周康泉.浙江大学 2019
[2]定容燃烧弹及其数据采集和控制系统的设计[D]. 周旋.浙江大学 2017
[3]双火花塞对天然气定容燃烧影响的试验研究[D]. 崔昊.吉林大学 2016
[4]基于定容燃烧弹实验系统的火花塞点火特性研究[D]. 王瑜.西华大学 2016
[5]乙醇—空气混合气激光点火燃烧特性试验研究[D]. 王洪涛.浙江大学 2016
[6]我国石油贸易影响因素与安全问题分析[D]. 邬莎.首都经济贸易大学 2015
[7]球形火焰半径测量技术研究及计算机实现[D]. 李龙欢.武汉理工大学 2014
[8]合成气层流预混火焰燃烧特性实验与数值研究[D]. 周镇.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[9]定容燃烧弹实验数据处理技术的研究[D]. 刘磊.武汉理工大学 2011
本文编号：3532164
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
贾亮等给出的不同掺氢比和当量比条件下的球形火焰传播纹影图片
西华大学硕士学位论文7碳含量增加，沼气-氢燃料的火焰稳定性得到改善。Zhou等[40]通过试验和仿真研究了点火能量对CH4/N2/O2/He混合物的膨胀球形火焰传播过程的影响，以减小点火能量对准确确定层流火焰速度的影响。研究表明：提高点火能量可以提高初始火焰传播速度，扩大受点火能量影响的火焰轨迹范围，但随着点火能量的增加，速度和范围的增加率减校基于点火能量在初始阶段的最小火焰传播速度的趋势，通过考虑初始火焰传播速度和能量守恒，得出最小可靠点火能量。图1.4樊祥山等给出的不同压力下的火焰扩张情况Fig.1.4FlameexpansionunderdifferentpressuresgivenbyFanXiangshanetal.1.3纹影图片处理技术研究现状定容燃烧试验平台采用高速摄像机记录球形膨胀火焰的传播过程，得到海量的纹影图片数据，后期的纹影图片数据处理工作是一项非常费时且艰巨的任务。随着计算机技术的发展，图片处理软件越来越强大，国内外学者们纷纷采用计算机处理图片数据[41-43]，一般基于Photoshop[45-46]和MATLAB[47-50]等软件编写纹影图片处理程序。
定容燃烧火焰半径评价体系及计算方法研究8纹影图片处理首先要准确定位纹影图片的火焰边缘[44,47,51-52]，获取火焰边缘轮廓点，定位越准确，图片处理的精度越高，如图1.5所示，为梁俊杰[53]采用canny算子进行边缘检测的结果。李福胜[54]在研究甲烷/氢气预混层流火焰传播时，基于MATLAB软件编写批量处理程序，读取纹影图片，转化为灰度图，然后进行排除杂点和降噪处理，最后采用sobel算子提取火焰前锋面轮廓。梁俊杰[53]在研究甲烷-正庚烷混合物的预混层流燃烧特性时，将纹影图片进行差帧处理以抑制噪声，然后采用canny算子进行边缘检测和按列扫描的方式来提取火焰边缘轮廓点，最后使用圆弧拟合法和面积法来计算火焰传播半径，并比较了两种方法的差异。Lapalme等[55]开发了一种火焰边缘检测方法来检索火焰半径，包括四个步骤：第一，进行去背景操作以减少噪声；第二，在两个点火电极的每一侧取消20°大小的三角形火焰区域来消除凸起；第三，根据去背景后图像进行边缘检测；第四，根据火焰边缘识别出最小圆，得出火焰传播半径。图1.5梁俊杰基于canny算子的边缘检测结果与原始火焰图片对比Fig.1.5ComparisonofedgedetectionresultsbasedoncannyoperatorwithoriginalflamepicturesgivenbyLiangJunjie获取火焰边缘轮廓点之后，则进入了计算半径的关键一步，半径计算方法多种多样，精度各异。针对火焰前锋面比较光滑，表现为圆或者椭圆的较为规则的球形火焰，许多学者对火焰前锋面边缘进行圆弧拟合来得到火焰半径，通常包括圆拟合和椭圆拟合[56-59]，如图1.6所示[56]。Bouvet等[56,60]、Tahtouh等[57]和Halter等[61]通过圆方程拟合火焰前锋面，具体步骤为：第一，去背景以增强火焰前锋面检测效果；第二，基于火焰前锋面的最?
【参考文献】：
期刊论文
[1]定容燃烧火焰传播半径测量准确度的研究[J]. 韩志强,肖邦,苏庆鹏,吴学舜,钱云寿. 内燃机学报. 2019(05)
[2]氮气稀释气对天然气燃烧特性的影响[J]. 曾文,刘靖,马洪安,刘爱虢,刘凯,梁双,李玮薇. 热科学与技术. 2019(03)
[3]2-甲基四氢呋喃-空气混合气层流燃烧特性[J]. 樊祥山,郭之益,王井山,何本壮,秦明元,王锡斌. 内燃机学报. 2019(01)
[4]生物质气燃烧稳定性与层流燃烧特性的试验[J]. 曾文,李玮薇,罗虎,何昊宸,刘宇,陈保东. 航空动力学报. 2018(09)
[5]初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响[J]. 秦静,徐鹤,裴毅强,左子农,卢莉莉. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[6]正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究[J]. 李格升,张海亮,张尊华,梁俊杰. 华中科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[7]全球油气资源分布与勘探发现趋势[J]. 姜向强,田纳新,殷进垠,陶崇智,王大鹏. 当代石油石化. 2018(06)
[8]异辛烷掺混乙醇在高温下层流预混燃烧特性的研究[J]. 张烨苗,李倩倩,闫治宇,黄佐华. 西安交通大学学报. 2018(07)
[9]1-戊烯和2-甲基-2-丁烯的层流燃烧速率的测量[J]. 程钰,胡二江,吕鑫,李孝天,黄佐华. 工程热物理学报. 2018(03)
[10]车用内燃机技术发展趋势[J]. 苏万华,张众杰,刘瑞林,乔英俊. 中国工程科学. 2018(01)
博士论文
[1]层流预混气体点火与火焰传播的模拟与实验研究[D]. 张伟阔.重庆大学 2018
[2]甲烷/氢气预混火焰传播及火焰锋面胞状结构特性研究[D]. 李福胜.北京交通大学 2018
[3]甲烷-正庚烷混合物预混层流燃烧特性研究[D]. 梁俊杰.武汉理工大学 2017
[4]汽油替代燃料燃烧机理研究与火焰传播速度测量[D]. 郑东.清华大学 2016
硕士论文
[1]容弹上用定容法测量层流燃烧速度的研究[D]. 周康泉.浙江大学 2019
[2]定容燃烧弹及其数据采集和控制系统的设计[D]. 周旋.浙江大学 2017
[3]双火花塞对天然气定容燃烧影响的试验研究[D]. 崔昊.吉林大学 2016
[4]基于定容燃烧弹实验系统的火花塞点火特性研究[D]. 王瑜.西华大学 2016
[5]乙醇—空气混合气激光点火燃烧特性试验研究[D]. 王洪涛.浙江大学 2016
[6]我国石油贸易影响因素与安全问题分析[D]. 邬莎.首都经济贸易大学 2015
[7]球形火焰半径测量技术研究及计算机实现[D]. 李龙欢.武汉理工大学 2014
[8]合成气层流预混火焰燃烧特性实验与数值研究[D]. 周镇.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2013
[9]定容燃烧弹实验数据处理技术的研究[D]. 刘磊.武汉理工大学 2011
本文编号：3532164
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