柴油机喷雾油束宏观特性测试系统研究

发布时间：2017-09-14 10:14

  本文关键词：柴油机喷雾油束宏观特性测试系统研究

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【摘要】：柴油机一直以其良好的热效率在各领域被广泛的应用。作为混合气形成的主要手段,燃油的喷雾特性对其经济性与排放特性有重要的影响。由于柴油喷雾的高瞬态、强湍流特征,需要采用准确可靠的测量方法对其进行深入研究分析。本文以纹影成像原理为基础,设计并搭建光学成像系统,对柴油喷雾锥角以及贯穿距等宏观特征的测量效果进行实验研究。调整光路原件中的滤光片波长范围、光栅尺寸、刀口布置、透镜相对位置等因素,优化高速摄影机获取的喷雾图像质量。同时,为进一步准确提取喷雾图像中的有效信息,提高测试精度,本文提出一种新型数字图像处理方法:仅提取喷雾图像中油束边界信息,以此确定喷雾贯穿距和喷雾锥角。针对喷雾图像中油束边缘卷吸难以识别这一难点,本文在预处理中通过图像作差法获取完整燃油喷雾油束,以中值滤波过滤图像噪点,将RGB图像转换为灰度图以简化后期处理过程,以大律法结合二阶Canny算子获取喷雾轮廓线,以开运算对图像进行数学形态学处理,以霍夫变换拟合油束轮廓边界线,最终量化图像坐标,提取喷雾宏观特性,随后的校核实验证实本方法具有较高测量精度。为进一步验证本测量方法在柴油喷雾研究中的可行性,以柴油单次喷雾实验平台为基础,在不同油泵转速、喷射背压、喷孔直径等条件下,对喷雾宏观特性的动态发展过程进行测量分析,结果证实:同一喷射条件下,随时间的发展喷雾锥角呈先增大后趋于平稳的趋势,喷雾贯穿距则逐渐增大,且增长幅度逐渐减缓;随油泵转速的增大,喷雾锥角和喷雾贯穿距都逐渐增大;随喷射背压的增大,喷雾锥角逐渐增大,而贯穿距逐渐减小;随喷孔直径的增大,喷雾锥角和贯穿距均逐渐增大。实验结果与喷雾学理论完全一致,证实本方法在柴油喷雾宏观特性研究中具有良好的可行性。
【关键词】：柴油机 喷雾 宏观特性 光学测量 数字图像处理
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 喷雾宏观特性参数定义10-12
• 1.3 喷雾宏观特性测试方法12-17
• 1.3.1 直接摄影法12-13
• 1.3.2 平面激光米氏散射法13-14
• 1.3.3 激光诱导荧光法14-15
• 1.3.4 纹影摄影法15-17
• 1.4 数字图像处理17-20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第二章 喷雾实验系统设计22-42
• 2.1 纹影系统的基本原理22-23
• 2.2 纹影系统灵敏度分析23-25
• 2.3 成像系统设计25-35
• 2.3.1 拍摄方法的选择25-27
• 2.3.2 光源的选择27-29
• 2.3.3 透镜的设置29-31
• 2.3.4 物平面设置31-32
• 2.3.5 狭缝的设置32-33
• 2.3.6 刀口的设置33-34
• 2.3.7 滤光片的设置34-35
• 2.4 光路模拟分析35-41
• 2.4.1 像差介绍35-37
• 2.4.2 平行光场模拟37-39
• 2.4.3 系统像差分析39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 喷雾图像处理42-73
• 3.1 图像类型42-43
• 3.2 图像质量评定43-44
• 3.3 图像预处理44-47
• 3.3.1 图像作差44-45
• 3.3.2 滤波处理45-47
• 3.4 图像分割47-52
• 3.4.1 阈值分割48-50
• 3.4.2 迭代法求阈值50-51
• 3.4.3 大律法求阈值51-52
• 3.5 边缘检测52-61
• 3.5.1 边缘特征分析52-53
• 3.5.2 边缘像素梯度53
• 3.5.3 一阶微分边缘检测算子53-58
• 3.5.4 二阶微分边缘检测算子58-60
• 3.5.5 各算子处理效果对比60-61
• 3.6 数学形态学处理61-64
• 3.6.1 结构元素61
• 3.6.2 腐蚀和膨胀61-64
• 3.6.3 开运算与闭运算64
• 3.7 霍夫变换64-67
• 3.7.1 霍夫变换原理64-66
• 3.7.2 结果分析66-67
• 3.8 图像宏观参数分析67-72
• 3.8.1 图像数值描述67
• 3.8.2 喷雾锥角测量67-69
• 3.8.3 喷雾贯穿距测量69-70
• 3.8.4 误差分析70-72
• 3.9 本章小结72-73
• 第四章 柴油喷雾实验结果分析73-88
• 4.1 不同转速下的柴油宏观特性78-82
• 4.2 不同孔径下的柴油宏观特性82-85
• 4.3 不同背压下的柴油宏观特性85-87
• 4.4 本章小结87-88
• 结论与展望88-90
• 全文总结88-89
• 工作展望89-90
• 参考文献90-96
• 攻读学位期间发表的论文96-97
• 致谢97

【参考文献】

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本文编号：849418