燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，在燃燒室的燃燒試驗段上開設(shè)可視化窗口，通過高速CCD相機(jī)從可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像，對某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理，對該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取，將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計算火焰面積的大小，對該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。本發(fā)明可用于校驗燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測工具，以用于在設(shè)計階段對燃燒室氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。
【專利說明】燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]重型燃?xì)廨啓C(jī)正在向更大的單機(jī)功率、更高的循環(huán)效率以及更低的排放等方向發(fā)展。燃燒室作為重型燃?xì)廨啓C(jī)的三大核心部件之一，肩負(fù)著重要的功能。一方面它需要將燃料的化學(xué)能有效地釋放出來轉(zhuǎn)換為高溫高壓的燃?xì)?，為其在透平中膨脹做功提供條件；另一方面，他還負(fù)責(zé)控制污染物的生成。
[0003]隨著全世界對環(huán)保問題的重視，各國對重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的排放要求越來越嚴(yán)格，尤其是對氮氧化物(NOx)排放的要求。因此，在設(shè)計與開發(fā)新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)時，各主要燃?xì)廨啓C(jī)制造商大都采用貧預(yù)混低污染燃燒設(shè)計技術(shù)，而燃燒不穩(wěn)定問題一直是低污染燃燒設(shè)計中的一個重大挑戰(zhàn)。燃燒不穩(wěn)定會引起燃燒室內(nèi)的熱聲振蕩，熱聲振蕩主要是受到燃燒的熱釋放率和壓力擾動波的來回傳遞形成共振而產(chǎn)生。當(dāng)燃燒室內(nèi)微小的壓力擾動波經(jīng)過火焰區(qū)域時，一部份的熱能可以被轉(zhuǎn)換為放大壓力擾動的動能，如果這些能量無法經(jīng)由其它的方式耗散掉，便會累積在壓力擾動波內(nèi)而迅速形成駐波，進(jìn)而與熱釋放率產(chǎn)生共振。這種自激發(fā)的壓力波振蕩，不僅干擾正常的燃燒過程，使得氮氧化物的排放達(dá)不到最初設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重時更會損壞燃燒室的構(gòu)件，減低燃?xì)廨啓C(jī)的整體壽命。
[0004]目前，在燃?xì)廨啓C(jī)中對熱聲振蕩問題主要是通過燃燒調(diào)整技術(shù)來避免，通常是在燃燒室上安裝動態(tài)壓力傳感器來測定燃?xì)廨啓C(jī)在工作過程中燃燒室內(nèi)壓力脈動的情況，然后根據(jù)壓力脈動幅值的大小來對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵{(diào)整。而在燃燒室設(shè)計階段還幾乎無法通過常用的數(shù)值模擬方法或工具對燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測，這給燃燒室的氣動和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計帶來較大的困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，這種方法基于一種可視化燃燒試驗技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，包括以下步驟:
[0009]S1.在燃燒室的燃燒試驗段上開設(shè)可視化窗口 ；
[0010]S2.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像；
[0011]S3.對某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理；
[0012]S4.對該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取；
[0013]S5.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計算火焰面積的大??；
[0014]S6.對該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。
[0015]優(yōu)選地，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個火焰區(qū)域。
[0016]優(yōu)選地，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料。
[0017]優(yōu)選地，所述透光材料為耐高溫的石英玻璃。
[0018]優(yōu)選地，所述石英玻璃的厚度為10mm?30mm。
[0019]優(yōu)選地，所述高速(XD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測定工況的采樣頻率相同。
[0020]優(yōu)選地，對火焰圖像進(jìn)行去背景處理時，將火焰圖像與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像。
[0021]優(yōu)選地，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop對火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取。
[0022]優(yōu)選地，在火焰邊界提取過程中，首先對每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法為Sobel或Canny。
[0023]優(yōu)選地，在火焰面積大小計算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計算火焰面積的大小。
[0024](三)有益效果
[0025]本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法基于一種可視化燃燒試驗技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率，本發(fā)明可用于校驗燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測工具，以用于在設(shè)計階段對燃燒室氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0028]如圖1所示，本實施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法包括以下步驟:
[0029]S1.在燃燒室的燃燒試驗段上開設(shè)可視化窗口 ；
[0030]在燃燒試驗臺的燃燒試驗段上安裝可視化窗口，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個火焰區(qū)域，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料，本實施例中，所述透光材料優(yōu)選為耐高溫的石英玻璃，為保證所述可視化窗口的強(qiáng)度，所述石英玻璃的厚度為10mm?30mmo
[0031]S2.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像；
[0032]CCD，英文全稱:Charge_coupled Device，中文全稱:電荷賴合兀件，可以稱為CCD圖像傳感器，在試驗開始前打開所述高速CCD相機(jī)并正對所述可視化窗口的中心記錄此時的背景圖像，然后在試驗正式開始后調(diào)整燃燒狀態(tài)到測定工況時記錄可視化窗口內(nèi)的火焰圖像，所述高速CCD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測定工況的采樣頻率相同。
[0033]S3.對某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理；
[0034]選擇某一特定采樣時間間隔內(nèi)的火焰圖像，然后與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像，該過程用于消除火焰圖像的背景噪聲。
[0035]S4.對該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取；
[0036]本實施例中，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop等對火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取，在火焰邊界提取過程中，首先對每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法優(yōu)選為Sobel 或 Canny 等。
[0037]S5.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計算火焰面積的大??；
[0038]在火焰面積大小計算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計算火焰面積的大小。
[0039]S6.對該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率；
[0040]FFT (Fast Fourier Transformat1n),即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實等特性，對離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。
[0041]本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法基于一種可視化燃燒試驗技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率，本發(fā)明可用于校驗燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測工具，以用于在設(shè)計階段對燃燒室氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。
[0042]本發(fā)明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.在燃燒室的燃燒試驗段上開設(shè)可視化窗口； 52.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像； 53.對某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理； 54.對該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提?。? 55.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計算火焰面積的大??； 56.對該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個火焰區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述透光材料為耐高溫的石英玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述石英玻璃的厚度為1mm?30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述高速CCD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測定工況的采樣頻率相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，對火焰圖像進(jìn)行去背景處理時，將火焰圖像與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop對火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，在火焰邊界提取過程中，首先對每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法為Sobel或Canny0
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，在火焰面積大小計算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計算火焰面積的大小。
【文檔編號】G06K9/46GK104374581SQ201410588841
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】謝法, 井文明 申請人:北京華清燃?xì)廨啓C(jī)與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司