一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法技术

本发明专利技术涉及层流燃烧技术领域，具体公开了一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法，对实验得到的火焰纹影图片处理得到不同时刻下的火焰边缘轮廓点，以及火焰圆心与各角度下的火焰半径；以火焰圆心为原点，建立二维坐标系；初步确定点火电极的影响范围，对受点火电极影响区域附近红色数据点进行拟合并填补空位；对非受点火电极影响区域内的红色数据点区域内空位进行补点；对汇总火焰半径变化趋势图内不可信数据点进行切除；将排除点火电极的数据点以及火焰图片轮廓缺失的数据点进行填补后，在将火焰边缘轮廓图上的边缘数据点进行对应填充，得到理想状态下的火焰图片。本发明专利技术可以更精确定义点火电极对火焰轮廓的影响范围，可以更加精确的消除点火电极及火焰厚度对火焰轮廓的影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法


[0001]本专利技术涉及层流燃烧
，具体为一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法。

技术介绍

[0002]研究补偿层流火焰图片的轮廓点缺失是提高火焰半径精确度的基础，而火焰半径的研究也是研究层流燃烧特性和燃料燃烧数值计算的基础，进而对后续研究和描述预混湍流火焰特征产生有益影响。由于层流火焰半径的研究对后续改善内燃机燃料燃烧状况和提高燃烧效率具有重要作用，因此补偿层流火焰图片轮廓缺失点的研究为后续深入研究层流燃烧特性提供有力的数据支撑。随着可视化技术的发展，对定容燃烧实验系统的整体需求，以及对层流火焰图片的处理精度的需求随之日益增长。
[0003]近些年来，诸多学者通过大量不同工况条件下的火焰传播图片的分析，证实了点火电极是在其方向上对层流火焰传播最大的影响因素。同时由于火焰轮廓边缘检测技术的不完善，致使一些边缘轮廓点受火焰传播图片中火焰厚度的影响而无法有效识别。到目前为止，虽然部分学者已经提出了一些粗略去除点火电极以减少点火电极影响的优化方案，但目前为止，已提出的方案都尚未能从对火焰图片轮廓缺失的角度，使用相关图片处理方法对火焰图片轮廓缺失进行补偿，消除点火电极和火焰厚度对火焰轮廓的影响以及不同工况下火焰轮廓变化的适应性问题。为减小点火电极对火焰边界轮廓的影响，减小火焰半径计算误差，故提出本方法。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法的方法，为能更有效的排除点火电极以及火焰厚度对火焰边缘轮廓的影响以及由于火焰图片轮廓缺失对火焰半径的影响，从而为获得更加精确的火焰半径提供理论与算法支持；且有利于后续基于层流火焰半径数据分析得到更高精度的层流火焰燃烧特性，进而为湍流火焰特征研究提供数据支撑。技术方案如下：
[0005]一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：对某一初始条件下实验得到的火焰纹影图片进行预处理，得到不同时刻下的火焰轮廓图；
[0007]步骤2：根据火焰轮廓图，得到不同时刻下的火焰边缘轮廓点，以及对应时刻下的火焰圆心(x0,y0)与各角度下的火焰半径R
i
；
[0008]步骤3：以所述火焰圆心(x0,y0)为原点，取横坐标负半轴角度为0
°
，建立二维坐标系；
[0009]步骤4：绘制二维的火焰半径随角度变化趋势图，对整个区间内火焰半径变化影响较大的角度下的火焰半径数据点标注为红色，初步确定其为点火电极的影响范围；
[0010]步骤5：对火焰半径随角度变化趋势图进行初步处理；
[0011]步骤6：对受点火电极影响区域附近红色数据点进行拟合并填补空位；
[0012]步骤7：按步骤6的方法对其余时刻的火焰半径随角度变化趋势图进行操作，并将结果汇总，得到所有位于受点火电极影响区域内空位都被填补的汇总火焰半径变化趋势图；
[0013]步骤8：对非受点火电极影响区域内的红色数据点区域内空位进行补点；
[0014]步骤9：对汇总火焰半径变化趋势图内不可信数据点进行切除；
[0015]步骤10：将步骤9切除的不可信数据点，从被填补的汇总火焰半径变化趋势图中去除；
[0016]步骤11：将排除点火电极的数据点以及火焰图片轮廓缺失的数据点进行填补后，根据已有的火焰圆心以及补偿后的各角度下火焰半径，将火焰边缘轮廓图上的边缘数据点进行对应填充；
[0017]步骤12：根据得到的补充完整的火焰边缘轮廓图片，认定补充完整的火焰边缘轮廓图片即理想状态下的火焰图片
[0018]进一步的，所述步骤4初步确定点火电极的影响范围具体包括：
[0019]步骤41：根据所述火焰半径R
i
，通过下方标准差公式计算得到整个区间内各角度下的火焰半径相对于整个区间内火焰半径均值的标准差σ0；
[0020][0021]式中，x
i
为第i个角度下的火焰半径；μ为整个区间内火焰半径的平均值；n为区间内火焰半径数目的最大位数；N为整个区间内火焰半径的样本数目；
[0022]步骤42：从0
°
开始到360
°
结束，计算每个角度下的火焰半径相对于其余所有角度下火焰半径均值的标准差σ
i
，i＝1,2,3,
…
n；
[0023]步骤43：在获得的标准差σ
i
的基础上，对比各角度下的火焰半径对整个区间内火焰半径变化的影响大小；如果σ
i
<σ0，则说明该角度下的火焰半径对整个区间内火焰半径变化影响较大；
[0024]步骤44：将某一时刻各角度下的火焰半径进行汇总，绘制二维火焰半径随角度变化趋势图；
[0025]步骤45：将0
°‑
360
°
下满足σ
i
<σ0条件下的火焰半径进行汇总，并在上述火焰半径随角度变化趋势图中将汇总的火焰半径数据点标注为红色；
[0026]步骤46：初步认定处于点火电极附近的红色火焰半径数据点的范围为点火电极对火焰轮廓的影响范围。
[0027]更进一步的，所述步骤5具体为：
[0028]步骤51：在标注红色数据的火焰半径随角度变化趋势图的基础上，将趋势图划分四个区域为：0
°‑
90
°
为一区域，90
°‑
180
°
为二区域，180
°‑
270
°
为三区域，270
°‑
360
°
为四区域；
[0029]步骤52：将火焰半径随角度变化趋势图90
°
附近红色数据点的区域认定为上半图片受点火电极影响区域，将火焰半径随角度变化趋势图270
°
附近红色数据点的区域认定为下半图片受点火电极影响区域。
[0030]更进一步的，所述步骤6具体为：
[0031]步骤61：基于步骤52对火焰半径变化趋势图上对红色数据点的划分，提取上半图片受点火电极影响区域内最靠近90
°
的m个红色数据点，m＝1,2,3,
…
；
[0032]步骤62：使用基于MATLAB软件的polyfit函数对所述的m个红色数据点进行多项式拟合，得到对应的多项式方程；
[0033]步骤63：对m个红色数据点区域内无数据点存在的空位角度进行提取；
[0034]步骤64：依据步骤62得到的多项式方程，再使用MATLAB软件的polyval函数得到多项式在红色数据点区域内无数据点存在空位角度下的函数值；
[0035]步骤65：将步骤64得到的空位角度下的函数值添加到火焰半径数据中，保证红色数据点区域所有角度下都存在对应数据点；
[0036]步骤66：使用上述方法，对下半图片受点火本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对某一初始条件下实验得到的火焰纹影图片进行预处理，得到不同时刻下的火焰轮廓图；步骤2：根据火焰轮廓图，得到不同时刻下的火焰边缘轮廓点，以及对应时刻下的火焰圆心(x0，y0)与各角度下的火焰半径R
i
；步骤3：以所述火焰圆心(x0，y0)为原点，取横坐标负半轴角度为0
°
，建立二维坐标系；步骤4：绘制二维的火焰半径随角度变化趋势图，对整个区间内火焰半径变化影响较大的角度下的火焰半径数据点标注为红色，初步确定其为点火电极的影响范围；步骤5：对火焰半径随角度变化趋势图进行初步处理；步骤6：对受点火电极影响区域附近红色数据点进行拟合并填补空位；步骤7：按步骤6的方法对其余时刻的火焰半径随角度变化趋势图进行操作，并将结果汇总，得到所有位于受点火电极影响区域内空位都被填补的汇总火焰半径变化趋势图；步骤8：对非受点火电极影响区域内的红色数据点区域内空位进行补点；步骤9：对汇总火焰半径变化趋势图内不可信数据点进行切除；步骤10：将步骤9切除的不可信数据点，从被填补的汇总火焰半径变化趋势图中去除；步骤11：将排除点火电极的数据点以及火焰图片轮廓缺失的数据点进行填补后，根据已有的火焰圆心以及补偿后的各角度下火焰半径，将火焰边缘轮廓图上的边缘数据点进行对应填充；步骤12：根据得到的补充完整的火焰边缘轮廓图片，认定补充完整的火焰边缘轮廓图片即理想状态下的火焰图片。2.据权利要求1所述的层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法，其特征在于，所述步骤4初步确定点火电极的影响范围具体包括：步骤41：根据所述火焰半径R
i
，通过下式计算得到整个区间内各角度下的火焰半径相对于整个区间内火焰半径均值的标准差σ0；式中，x
i
为第i个角度下的火焰半径；μ为整个区间内火焰半径的平均值；n为区间内火焰半径数目的最大位数；N为整个区间内火焰半径的样本数目；步骤42：从0
°
开始到360
°
结束，计算每个角度下的火焰半径相对于其余所有角度下火焰半径均值的标准差σ
i
，i＝1，2，3，...n；步骤43：在获得的标准差σ
i
的基础上，对比各角度下的火焰半径对整个区间内火焰半径变化的影响大小；如果σ
i
＜σ0，则说明该角度下的火焰半径对整个区间内火焰半径变化影响较大；步骤44：将某一时刻各角度下的火焰半径进行汇总，绘制二维火焰半径随角度变化趋势图；步骤45：将0
°‑
360
°
下满足σ
i
＜σ0条件下的火焰半径进行汇总，并在上述火焰半径随角度变化趋势图中将汇总的火焰半径数据点标注为红色；步骤46：初步认定处于点火电极附近的红色火焰半径数据点的范围为点火电极对火焰
轮廓的影响范围。3.据权利要求2所述的层流火焰图片轮廓缺失点的补偿方法，其特征在于，所述步骤5具体为：步骤51：在标注红色数据的火焰半径随角度变化趋势图的基础上，将趋势图划分四个区域为：0
°‑
90
°
为一区域，90
°‑
180
°
为二区域，180
°‑
270
°
为三区域，270
°‑
360
°
为四区域；步骤52：将火焰半径随角度变化趋势图90
°
附近红色数据点的区域认定为上半图片受点火电极影响区域，将火焰半径随角度变化趋势图270
°
附近红色数据点的区域认定为下半...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志强，胡明杰，刘杰，符鑫，吴学舜，田维，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：