一种湍流火焰动态三维结构测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种湍流火焰动态三维结构测量装置及方法。测量装置包括：多紫外相机成像系统，用于捕获湍流火焰OH*自由基辐射发光在不同方向上的投影图像；光学固定系统，用于固定相机并调整视角的高度和角度；一台同步控制器，用于实现瞬态火焰图像同步采集；一台计算机，用于储存图像和计算分析。测量方法包括：多紫外相机成像系统标定；拍摄并校正湍流火焰瞬态图像；根据校正后的火焰图像，采用体素预处理技术计算目标空间离散体素的权重系数；最后采用层析重建算法，反演重建目标空间的湍流火焰三维结构分布。本发明专利技术构建了基于多紫外相机的化学发光层析成像系统，实现了低成本、高准确度的湍流火焰瞬态锋面化学发光信息获取；在重建过程中采用体素预处理技术减小了权重系数的计算量，提高了测量精度。提高了测量精度。提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种湍流火焰动态三维结构测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种湍流火焰动态三维结构测量装置及方法，属于湍流火焰光学测量


技术介绍

[0002]贫燃预混湍流燃烧技术通过降低火焰中心反应区温度，可有效减少氮氧化物的排放，目前已广泛应用于航空发动机、燃气轮机等领域。然而，由于湍流火焰流场复杂且燃烧脉动频繁，该技术在实际工况中存在由热声耦合振荡引起的动态不稳定性问题，严重时可能造成设备损坏。相关研究表明，湍流火焰锋面在燃烧传热传质过程中具有重要作用，其三维结构反映了火焰宏观结构与燃烧稳定性。实现湍流火焰锋面动态三维结构的测量与表征，对湍流燃烧机理研究以及湍流燃烧器优化设计具有重要实际意义。
[0003]近年来，针对火焰锋面结构测量技术已经开展了大量研究。其中，光学测量技术具有非侵入、灵敏度高、速度快等特点，逐渐成为表征火焰精细结构的有效方法之一。目前较为成熟的光学测量技术主要有激光诱导荧光技术(Laser Induced Fluorescence，LIF)和火焰化学发光层析成像技术(Computed Tomography of本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湍流火焰动态三维结构测量装置，其特征在于，包括：多紫外相机成像系统，用于捕获湍流火焰OH*自由基辐射发光在不同方向上的投影图像，包括紫外相机、紫外镜头和窄带滤光片，所述紫外相机在308nm波段量子效率大于50％，所述紫外镜头在308nm波段透过率大于66％，所述窄带滤光片在308nm波段透过率大于81％；光学固定系统，用于固定所述紫外相机并调整视角的高度和角度，包括光学平台和光学支架；一台同步控制器，用于控制拍摄时多紫外相机成像系统同步，实现瞬时火焰图像采集，通过外触发线与所述紫外相机连接；一台计算机，根据所述多紫外相机成像系统捕获的瞬态火焰图像，利用层析重建算法，计算获得目标空间湍流火焰三维结构分布。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述计算机利用体素预处理技术与层析重建算法计算获得目标空间湍流火焰三维结构分布，包括：1)根据多紫外相机成像系统标定结果与火焰图像选取目标空间并划分体素；2)将火焰图像的像素依次编号并计算每一个像素点的空间位置，从像素点出发反向追踪光线，得到光线穿过的体素；3)读取像素强度，若像素点强度为0，记录并排除与该像素点相关的零强度体素；4)根据光线追踪结果和火焰吸收散射系数，计算剩余体素的权重系数，得到权重系数矩阵A；5)根据得到的权重系数权重系数矩阵A，采用层析重建算法反演重建体素强度矩阵X；6)根据重建体素强度矩阵X，将目标空间中缺失的体素赋值为0，得到结构完整的目标空间。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，步骤5)中，采用SART算法反演重建体素强度矩阵X，SART计算公式为：式中，x
j
为矩阵X中的元素；x
j
(k)和x
j
(k+1)分别表示第k与第k+1次迭代后的第j个体素的强度值；b
i
表示第i条光线的实际投影强度值；表示第i条光线的计算投影强度值；表示第i条光线所穿过的体素对其贡献累计值；λ表示松弛因子；I
θ

【专利技术属性】
技术研发人员：许传龙，倪浩伟，周毅，张彪，柳伟杰，
申请(专利权)人：中国航空发动机研究院，
类型：发明
国别省市：