[發明專利]一種確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統

有效

• 申請號: 202010920827.X
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112014353B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李建威;王成;齊巍;鄒巍濤;曹萬科;何洪文
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N33/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發明涉及一種確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統。該確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統，采用紋影技術，基于光在被測流場中的折射率梯度正比于流場的氣流密度的原理，在圖像上確定光線偏移量的變化，結合gamma分布，經過傳感器標定校正，以直觀精確的確定得到氫氣射流濃度場最終的濃度分布。并且，在本發明提供的確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統中，只需要采用一個濃度傳感器就可以完成氫氣射流濃度場濃度分布的確定，以解決現有技術中存在的因采用多傳感器對流場影響而導致檢測結果不準確的問題。

技術領域

本發明涉及氣體濃度測量技術領域，特別是涉及一種確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統。

背景技術

節能經濟、環保經濟是當前社會的主要經濟特征。氫能作為一種新型能源，以其高燃燒效率、燃燒產物潔凈、易于低成本儲存和輸送以及用途多樣化等突出優點得到了人們的關注。雖然，氫氣具有最寬的可燃范圍、最快的火焰傳播速度和最低的點火能等優點，但是這些優點均是使用過程中的安全隱患，一旦發生泄漏，極易引起爆炸。因此，氫氣泄漏與擴散階段的研究具有重要意義。

目前針對氫氣泄露檢測的常用的技術有氣敏法、氣體探針采樣法、傳感器陣列等方法。其中，Sang Heon Han等在文獻(Experimental investigation ofhighlypressurized hydrogen release through a small hole.International Journal ofHydrogen Energy,2014)中利用氣體探針采樣法測量氫氣射流的濃度，在沿射流中心線上的不同位置處布置一系列采樣探頭，隨后使用ABB氣體分析儀來測定混合氣體樣本中氫氣的摩爾濃度。Veser等在文獻(The structure and flame propagation regimes inturbulent hydrogenjets.International Journal of Hydrogen Energy,2011)中同樣利用氣體探針采樣法測量氫氣射流的濃度，同時利用PIV技術測量氫氣射流的速度場。英國殼牌石油公司和健康與安全實驗室也進行了一系列氫氣泄漏實驗研究，實驗中采用氧氣濃度傳感器測定混合氣體中的氧氣濃度，并假設混合氣體中氧氣的減少全部是由于氫氣的混入所引起，從而可以利用氧氣濃度的降低反推混合氣中的氫氣濃度。

基于上述內容，目前雖大部分研究使用濃度傳感器或采樣探頭來測量氫氣泄漏的濃度分布，但是在測量過程中需要布置較多的傳感器或探頭，這就會對流場結構造成一定的破壞，且測量結果往往是軸向分布，對于徑向分布計算不夠準確，無法得到整個濃度場的數據。

因此，提供一種能夠精確直觀確定整個氫氣射流濃度場數據的測量方法或系統，是本領域亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種確定氫氣射流濃度場分布的方法和系統，以在減少多傳感器對流場影響的同時，精確直觀的確定整個流場氫氣的濃度分布情況。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種確定氫氣射流濃度場分布的方法，包括：

采用攝像機獲取氫氣射流濃度場的紋影圖像；

根據所述紋影圖像確定參數；所述參數包括：像素位置、形狀參數和逆尺度參數；

采用紋理法根據所述參數確定第一光線偏移量；所述第一光線偏移量為所述紋影圖像中一像素的光線偏移量；

采用gamma分布擬合所述第一光線偏移量得到氫氣射流濃度場中被測截面的光線偏移量；

采用濃度傳感器獲取氫氣射流濃度場中設定點的氫氣濃度值；

根據所述被測截面的光線偏移量和所述設定點的氫氣濃度值確定氫氣射流的濃度場分布。

優選的，所述采用攝像機獲取氫氣射流濃度場的紋影圖像，具體包括：