[發(fā)明專利]基于圖像處理的燃燒室燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710055456.1
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106971388B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏應(yīng)文;劉云鵬;黃亮;劉勇;李井華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像處理的燃燒室燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量裝置及方法，包括燃燒室、高頻壓力傳感器或麥克風(fēng)、采集卡、電荷放大器、計(jì)算機(jī)、高速攝影儀，高頻壓力傳感器或麥克風(fēng)實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)，采集卡采集測(cè)量到的燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)，電荷放大器對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大并傳輸至計(jì)算機(jī)中，高速攝影儀或其他高速CCD相機(jī)對(duì)燃燒室中火焰變化過(guò)程進(jìn)行高頻拍攝。利用基于圖像處理的燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法，可以對(duì)燃燒室中發(fā)生的燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，初步獲得其燃燒不穩(wěn)定產(chǎn)生原因，從而采用主動(dòng)或被動(dòng)抑制方法解決燃燒室中發(fā)生的燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，涉及一種基于圖像處理的燃燒室燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

為了降低燃燒污染物排放,目前無(wú)論是民機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室,還是地面燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室,燃燒室設(shè)計(jì)均普遍采用貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)。在貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室設(shè)計(jì)中，最容易遇到的問(wèn)題是燃燒不穩(wěn)定。同時(shí)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，也容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題。當(dāng)燃燒室發(fā)生燃燒不穩(wěn)定時(shí)，強(qiáng)大的壓力脈動(dòng)可能導(dǎo)致燃燒室乃至整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加劇，發(fā)出巨大的燃燒噪聲，熱負(fù)荷增高，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)部件遭到破壞和燒灼，同時(shí)也加劇污染物的產(chǎn)生。

為了研究燃燒室中燃燒不穩(wěn)定的產(chǎn)生機(jī)理，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的研究方法是：用高頻壓力傳感器測(cè)量其壓力，獲得其主頻；在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，在相同的相位條件下，同時(shí)用平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)測(cè)量其瞬態(tài)釋熱率，用粒子圖像測(cè)速儀(PIV)測(cè)量其瞬態(tài)流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)，從而建立起脈動(dòng)周期內(nèi)不同相位時(shí)壓力脈動(dòng)、流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)與燃燒釋熱率之間的關(guān)系，從而揭示其燃燒不穩(wěn)定機(jī)理。但該試驗(yàn)測(cè)量方法最大的困難有以下幾點(diǎn)：1)燃燒不穩(wěn)定的主頻一般比較大，幾百赫茲，而要解釋其燃燒不穩(wěn)定機(jī)理，則需在一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)至少測(cè)量10個(gè)以上的相位，才能解釋一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)燃燒釋熱率和瞬態(tài)流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，因此平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)和粒子圖像測(cè)速儀(PIV)等測(cè)試設(shè)備的響應(yīng)頻率至少要達(dá)到1000HZ以上，所以對(duì)測(cè)量設(shè)備要求高，而目前國(guó)內(nèi)PLIF的響應(yīng)頻率一般在幾十赫茲，因此無(wú)法滿足目前測(cè)量需求；2)需要在同一相位下同時(shí)測(cè)量瞬態(tài)釋熱率和流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)，需要對(duì)平面激光誘導(dǎo)熒光和粒子圖像測(cè)速儀進(jìn)行相位同步，在實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量中相位同步非常困難。因此上述研究方法在研究燃燒不穩(wěn)定機(jī)理過(guò)程中有一定的局限性，本項(xiàng)目提出了一種新穎的燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法，方便測(cè)量，設(shè)備簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明為了對(duì)目前燃燒室中容易發(fā)生的燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行機(jī)理研究，提出了一套基于圖像處理的燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法，利用該測(cè)量方法，可以對(duì)燃燒室中發(fā)生的燃燒不穩(wěn)定過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)研究。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的燃燒室燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量裝置，包括燃燒室、高頻壓力傳感器或麥克風(fēng)、采集卡、電荷放大器、計(jì)算機(jī)、高速攝影儀或其他高速CCD相機(jī)，所述高頻壓力傳感器或麥克風(fēng)實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)，所述采集卡采集測(cè)量到的燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)，所述電荷放大器對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大并傳輸至計(jì)算機(jī)中，所述高速攝影儀或其他高速CCD相機(jī)對(duì)燃燒室中火焰變化過(guò)程進(jìn)行高頻拍攝。

一種基于圖像處理的燃燒室燃燒不穩(wěn)定試驗(yàn)測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟一，采用高頻壓力傳感器或麥克風(fēng)等設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)；

步驟二，通過(guò)快速傅里葉數(shù)學(xué)變換，把壓力脈動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻譜信號(hào)，并比對(duì)該燃燒室的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而得到該燃燒室中由燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致的主頻及幅值；

步驟三，采用高速攝影儀或其他高速CCD相機(jī)與某特定波長(zhǎng)的濾光片相結(jié)合方法對(duì)燃燒室中發(fā)生燃燒不穩(wěn)定時(shí)的火焰自由基變化過(guò)程進(jìn)行高頻拍攝，獲得其不同時(shí)刻下燃燒火焰中某特定波長(zhǎng)的自由基，N幀動(dòng)態(tài)變化視頻；

步驟四，編制基于快速傅立葉變換的圖像處理軟件；