【摘要】：汽油機缸內(nèi)的湍流運動和工質(zhì)的不均勻分布使得缸內(nèi)火焰在三維空間上呈現(xiàn)出復雜的形態(tài),影響火焰的發(fā)展及其與未燃混合氣之間的相互作用。因此,研究缸內(nèi)火焰的三維空間特征對研究三維湍流燃燒區(qū)域內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和化學反應動力學間的強耦合機制有著重要意義。目前,相關研究的一個重要難題是傳統(tǒng)燃燒診斷技術的二維測量結(jié)果與湍流燃燒三維特性不匹配。為了解決該問題,本文采用火焰化學發(fā)光三維重建技術進行燃燒診斷,利用多角度的火焰圖像積分數(shù)據(jù)實現(xiàn)燃燒區(qū)域內(nèi)輻射強度空間分布重建,從而獲取火焰三維特征信息。針對拍攝相機的光電轉(zhuǎn)換過程、幾何成像模型和火焰輻射強度空間分布函數(shù)分別進行簡化,進而推導出簡化的火焰成像模型,從數(shù)學角度上描述了燃燒區(qū)域內(nèi)輻射強度空間分布與拍攝照片像素值間的關系,建立了以輻射強度為變量的病態(tài)矩陣,將火焰化學發(fā)光三維重建轉(zhuǎn)化為該病態(tài)矩陣的求解問題。模型系數(shù)利用外凸多邊形的幾何特性與準蒙特卡洛算法進行計算。本文采用了代數(shù)重建法求解該病態(tài)矩陣�；诤喕幕鹧娉上衲Ｐ�,在MATLAB環(huán)境下搭建了虛擬火焰重建計算平臺,用于模擬火焰化學發(fā)光三維重建過程,研究基本重建參數(shù)對重建結(jié)果的影響規(guī)律。本文參考汽油機混合燃燒模式下的火焰特征構建了一系列虛擬火焰,并利用構建的虛擬火焰在虛擬火焰重建計算平臺上研究了拍攝角度數(shù)量與拍攝圖像分辨率對重建精度的影響規(guī)律,分析了重建火焰誤差分布特征,優(yōu)化了代數(shù)重建法迭代收斂判據(jù)。搭建了美克燈火焰多角度圖像拍攝系統(tǒng),并基于簡化的火焰成像模型,在MATLAB環(huán)境下建立了美克燈火焰重建計算平臺�；谠撈脚_,依據(jù)多角度的美克燈火焰圖像數(shù)據(jù)成功實現(xiàn)了燃燒區(qū)域內(nèi)CH*空間分布重建。重建結(jié)果揭示了美克燈火焰前鋒面三維空間結(jié)構特征,證明了該技術用于復雜湍流火焰重建的有效性和潛力。
[Abstract]:The turbulent motion in the cylinder of gasoline engine and the uneven distribution of the working fluid make the flame in the cylinder take on complex shape in three dimensional space, which affects the development of the flame and the interaction between the flame and the unburned mixture. Therefore, it is of great significance to study the strong coupling mechanism between mass transfer, heat transfer and chemical reaction kinetics in the three-dimensional turbulent combustion region. At present, an important problem in the related research is that the two-dimensional measurement results of conventional combustion diagnosis techniques do not match the three-dimensional characteristics of turbulent combustion. In order to solve this problem, the flame chemiluminescence three-dimensional reconstruction technique is used to diagnose combustion, and multi-angle flame image integral data are used to reconstruct the spatial distribution of radiation intensity in the combustion region, and the three-dimensional characteristic information of the flame is obtained. The geometric imaging model and the spatial distribution function of flame radiation intensity are simplified respectively in view of the photoelectric conversion process of the camera, and then the simplified flame imaging model is deduced. The relationship between the spatial distribution of radiation intensity in the combustion region and the pixel value of the photograph is described from a mathematical point of view. A ill-conditioned matrix with radiation intensity as a variable is established, and the three-dimensional reconstruction of flame chemiluminescence is transformed into the solution of the ill-conditioned matrix. The model coefficients are calculated by using the geometric properties of the convex polygon and the quasi-Monte Carlo algorithm. In this paper, algebraic reconstruction method is used to solve the ill-conditioned matrix. Based on the simplified flame imaging model, a virtual flame reconstruction computing platform was built in MATLAB environment, which was used to simulate the three-dimensional reconstruction process of flame chemiluminescence, and the influence of basic reconstruction parameters on the reconstruction results was studied. In this paper, a series of virtual flames are constructed according to the flame characteristics of gasoline engine in mixed combustion mode. The influence of shooting angle number and image resolution on reconstruction accuracy is studied on the virtual flame reconstruction computing platform, and the error distribution characteristics of reconstruction flame are analyzed. The iterative convergence criterion of algebraic reconstruction method is optimized. Based on the simplified flame imaging model, a multi-angle image capturing system of Mick lamp flame was built in MATLAB environment. Based on this platform, the CH* spatial distribution reconstruction in the combustion region is successfully realized based on the multi-angle Mick lamp flame image data. The reconstruction results reveal the three-dimensional spatial structure of the front surface of the Mick lamp flame, and prove the effectiveness and potential of this technique in the complex turbulent flame reconstruction.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK411

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本文編號：2401547