燃燒流場可視化和燃燒診斷的最新研究方向已延伸至開發(fā)非接觸式、多參量定性分析、多維可視化的測量新方法。速度和溫度是反映燃燒流場特性的重要參數(shù),影響著燃燒動力學特性和燃燒機理,已成為聯(lián)合表征和診斷燃燒過程的關鍵。融合粒子圖像體測速技術和光偏折層析測溫技術同時重建燃燒三維速度溫度場,并以此為基礎研究旋流燃燒特性。設計非預混燃燒器產生旋流火焰,構建速度和溫度同時測量的實驗系統(tǒng),采集示蹤粒子圖像和莫爾條紋圖像。使用三維粒子識別技術和互相關算法重建旋流燃燒三維速度場,使用條紋位移分析技術和偏折角修正迭代層析算法重建旋流燃燒三維溫度場。通過實驗探究旋流數(shù)和旋流葉片位置對火焰性態(tài)、速度分布、溫度分布等特性的影響規(guī)律;使用計算流體動力學方法數(shù)值模擬旋流燃燒特性,并與實驗結果進行對比分析。結果表明,隨著旋流葉片遠離空氣管出口或旋流數(shù)減小,旋流燃燒高溫區(qū)域變高變窄,旋流燃燒高速區(qū)域變小,旋流葉片對空氣的加速能力與燃燒過程加速效應減弱。旋流燃燒中心區(qū)域的速度和溫度低,隨著距旋流中心徑向距離的增加,速度和溫度均呈先增大后減小的變化趨勢。在距離噴嘴高度不同的截面上,高速區(qū)和高溫區(qū)均呈現(xiàn)相似的封閉或半封閉的環(huán)形結構... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PIV原理示意圖

基于三維速度溫度場同時重建的旋流燃燒特性研究10本實驗所用粒子圖像測速技術利用互相關算法處理示蹤粒子圖像。互相關算法具有計算精度高、空間分辨率高、信噪比低等優(yōu)點，計算粒子運動速度過程如圖2-2所示，先將A幀粒子圖像(A幀激光照亮流場時，CCD相機拍攝的粒子圖像)分為多個查問區(qū)，然后計算B幀圖像(B幀激光照亮時，CCD相機拍攝的粒子圖像)中粒子相關性，尋找相關性最高的粒子查問區(qū)，最后根據(jù)示蹤粒子圖像中粒子的實際位移(標定過程確定了像素和實際位移的關系)和A、B幀拍攝時間間隔計算得到速度。圖2-2互相關算法原理Fig.2-2PrincipleofcrosscorrelationalgorithmPIV在過去的十年中已經成熟，并成為定量流場可視化的一個有力的工具。然而，傳統(tǒng)的PIV技術只能捕獲流場的二維速度分布，因此不能揭示三維流場結構。而V3V(volumetricthree-componentvelocimetry，一種粒子圖像體測速技術)可以測量流場瞬態(tài)三維速度，其測速原理如圖2-3所示，體積光將待測流場中的示蹤粒子照亮，與激光照射垂直的方向上有三臺CCD相機拍攝示蹤粒子圖像，然后經過二維粒子識別、三維粒子識別、三維粒子匹配、互相關計算最終重建三維速度常

青島科技大學研究生學位論文11圖2-3V3V測速原理Fig.2-3PrincipleofV3VvelocitymeasurementV3V所用的互相關算法與二維PIV類似，將互相關算法中的二維矩陣(每個元素對應一個二維平面像素)變?yōu)槿S矩陣(每個元素對應一個三維體積像素)即可，如下式：121111212(,,)(,,)xyzijknnnIijkIiijjkkR===+++=(2-3)式中：R12為互相關系數(shù)，xn、yn、zn分別為判讀體在x、y、z三個方向上的實際尺寸，I為強度矩陣，為判讀體內強度標準偏差，“i”“j”“k”是空間坐標系中的位置分量，下標“1”和“2”表示兩個不同的時間步。當R12出現(xiàn)峰值時，可以得到判讀體內示蹤粒子的平均位移，使用高斯擬合算法計算得峰值位置的亞像素精度。2.2光偏折層析測溫技術光偏折層析測溫技術通過不同方向獲得的投影數(shù)據(jù)來反演出被測流場的溫度分布。層析的原理是將被測場分為多個互相平行的平面，將三維立體問題轉化為二維平面問題，然后利用激光在180°范圍內盡可能多的方向對被測場一維投影，然后得到多個探測平面上的投影數(shù)據(jù)，使用相應的重建算法進行反演運算，得出被探測平面的目標參量分布。使用光偏折層析測溫技術時，當入射光線通過

【參考文獻】：
期刊論文
[1]旋流燃燒器旋流方式對燃燒特性的影響[J]. 劉前,李俊宇,周浩宇,李謙.  工業(yè)爐. 2020(02)
[2]低旋流預混燃燒穩(wěn)燃機理的大渦模擬[J]. 劉英杰,劉瀟,周波,張志浩,鄭洪濤.  航空動力學報. 2020(02)
[3]CT-TDLAS測量燃燒火焰二維溫度分布[J]. 周王崢,王珍珍,嚴俊杰,張丹,辻本一真,神本崇博,出口祥啓.  光子學報. 2019(12)
[4]中心分級燃燒室旋流角變化對燃燒特性的影響[J]. 劉愛虢,李昱澤,朱濤,劉凱.  熱能動力工程. 2019(12)
[5]基于PIV技術的雙旋流燃燒室冷態(tài)流場測量[J]. 顧大鵬,胡文成,竇義濤.  航空發(fā)動機. 2019(05)
[6]旋流非預混火焰長度的實驗研究與理論預測[J]. 席中亞,付忠廣,胡曉天,姜一博.  熱能動力工程. 2019(08)
[7]OH與CH2O雙組分平面激光誘導熒光對旋流燃燒室火焰結構與脈動特征的研究[J]. 嚴浩,張少華,余西龍,李飛,林鑫.  航空動力學報. 2019(04)
[8]預混旋流多噴嘴火焰激光可視化實驗研究[J]. 柳偉杰,葛冰,臧述升,王慧汝.  推進技術. 2019(08)
[9]預混段出口角度對旋流預混燃燒特性影響[J]. 付忠廣,宋家勝.  熱力發(fā)電. 2019(02)
[10]一種新型旋流燃燒器內甲烷擴散燃燒特性[J]. 孫婷,田力,宋金甌,祁海鷹,李科.  燃燒科學與技術. 2018(06)

碩士論文
[1]燃燒流場的溫度與速度分布同時測量研究[D]. 劉志剛.青島科技大學 2018
[2]基于CCD和光學層析成像算法的火焰三維溫度場重建與實驗研究[D]. 徐萌.華北電力大學(北京) 2016
[3]平焰燃燒速度場的PIV測試研究[D]. 張亞竹.內蒙古科技大學 2008



本文編號：3138633