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定容燃烧弹实验数据处理技术的研究

作　者: 刘磊
导　师: 孙俊；李格升
学　校: 武汉理工大学
专　业: 轮机工程
关键词: 预混燃烧定容燃烧弹边缘检测数据处理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文围绕定容燃烧弹实验数据处理方法及技术研究的主题。针对定容燃烧弹在每次实验的过程中都会通过高速纹影装置产生大量的图像数据,如果依赖人工方法处理海量数据耗时巨大十分繁琐,故提出利用计算机处理实验数据。本文对定容燃烧弹实验图像处理技术及边缘检测火焰半径提取算法进行了研究。对球形火焰理论进行了简单介绍。同时比较了Robert, Sobel, Prewitt, Laplacian, Canny等五种边缘检测算子对高速纹影火焰图片的检测效果。此外,本文提出利用C-均值聚类-射线定弧组合法对定容燃烧弹实验图像火焰半径进行提取,同时将其处理的图像结果与射线定弧法,C-均值聚类圆弧检测法,Hough变换算法处理的图像结果进行了对比研究。对容弹实验数据处理技术及其实现方法进行了研究,编写了定容燃烧弹实验数据处理程序Flame detect (FMC)。详细描述了FMC比例尺确定方法,处理结果显示区燃烧学参数的数学模型及计算方法,图像处理操作区、处理图片显示区与参数设置区的功能及实现。同时本文还对FMC与商业软件Photoshop处理的容弹图片比较研究,研究结果表明FMC软件与Photoshop软件处理结果相同率为70%,相对误差在一个像素以内几率为25%；相对误差为两个像素几率为5%。此外,本文还实现了对512×512像素与786×768像素图片的兼容处理,实现了对不同分辨度与不同图像特征图片的处理。最后,本文将定容燃烧弹实验数据处理程序应用到实际定容燃烧弹实验数据处理中,对氢气比例为80%的乙醇—氢气混合气的层流燃烧容弹实验数据的进行了处理,分析了FMC误差产生原因。讨论了基于Fluent的已燃气和未燃气体密度比Pb/Pu算法。介绍了Fluent软件的预混燃烧数学模型。利用GAMBIT软件对容弹腔体进行了网格划分。对Quad-Map Quad-Pave Tri-Pave三种不同网格划分机理进行了比较研究。建立了氢气容弹内预混燃烧Fluent模型。利用FLUENT瞬态动网格模拟氢气燃烧动画过程并求解ρb/ρ并进行了模拟结果及误差分析。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-27
  1.1 选题背景及意义  12-15
    1.1.1 选题背景  12-13
    1.1.2 研究意义  13-15
  1.2 研究现状  15-17
  1.3 定容燃烧弹实验系统  17-21
    1.3.1 混合气配制系统  18-19
    1.3.2 点火电极单元  19-20
    1.3.3 纹影与高速摄影系统  20
    1.3.4 压力测量系统  20-21
    1.3.5 时序控制系统  21
  1.4 本文主要研究内容  21-26
  1.5 本章小结  26-27
第2章定容燃烧弹实验图像处理方法  27-56
  2.1 球形火焰特征  27-28
  2.2 滤波去噪  28-29
  2.3 火焰图片的边缘检测  29-40
    2.3.1 Robert算子  30-31
    2.3.2 Sobel算子  31
    2.3.3 Prewitt算子  31-32
    2.3.4 Laplacian算子  32
    2.3.5 Canny算子  32-33
    2.3.6 五种边缘检测算子比较  33-40
  2.4 动态帧差阈值法  40-41
  2.5 定容燃烧弹实验图像火焰半径提取算法  41-55
    2.5.1 基于C-均值聚类圆弧检测法  41-42
    2.5.2 射线定弧法  42-43
    2.5.3 C-均值聚类-射线定弧组合法  43
    2.5.4 三种算法比较  43-50
    2.5.5 Hough变换算法简介  50-53
    2.5.6 C-均值聚类-射线定弧组合法与Hough变换算法比较  53-55
  2.6 本章小结  55-56
第3章定容燃烧弹实验数据处理方法  56-64
  3.1 K值(标定比例)的确定  56-57
  3.2 拉伸火焰传播速度S_n  57
  3.3 火焰拉伸率α  57-58
  3.4 马克斯坦长度的计算方法  58-60
  3.6 已燃气和未燃气体密度比几/Pu计算方法  60
  3.7 已燃气与未燃气密度比几/uPFI。net算法  60
  3.8 无拉伸层流燃烧速度肠的计算  60-61
  3.9 质量燃烧速度  61
  3.10 数据平滑  61-63
  3.11 本章小结  63-64
第4章基于Fluent的已燃气和未燃气体密度比ρ_b/ρ_u算法  64-90
  4.1 Fluent软件简介  64
  4.2 Fluent软件的预混燃烧数学模型  64-70
    4.2.1 Fluent预混燃烧理论  64-67
    4.2.2 火焰前锋传播模型  67-68
    4.2.3 Fluent火焰传播速度模型  68
    4.2.4 火焰拉伸效应与梯度扩散  68-69
    4.2.5 Fluent中的预混燃烧公式  69-70
    4.2.6 温度场的计算  70
  4.3 定容燃烧弹腔体网格划分  70-79
    4.3.1 Gambit软件简介  70-71
    4.3.2 Gambit网格划分机理  71
    4.3.3 Quad-Map机理划分容弹网格  71-72
    4.3.4 Quad-Pave机理划分容弹网格  72-74
    4.3.5 Tri-Pave机理划分容弹网格  74-75
    4.3.6 定容燃烧弹中心点火网格划分方法  75-77
    4.3.7 基于三种不同机理网格比较  77-79
  4.4 求解器的比较及选用  79
  4.5 定义预混燃烧边界条件  79-80
  4.6 迭代计算结果分析  80-84
  4.7 Fluent瞬态动网格模拟氢气燃烧动画过程  84-85
  4.8 模拟结果与实验结果对比及误差分析  85-87
  4.9 利用Fluent瞬态动网格模拟氢气燃烧动画过程求解ρ_b/ρ_u方法  87-89
  4.10 本章小结  89-90
第5章定容燃烧弹实验数据处理程序FMC  90-111
  5.1 定容燃烧弹实验数据处理程序FMC  90
  5.2 FMC输入输出方式及数据保存形式  90-92
  5.3 FMC图像处理操作区  92-93
  5.4 FMC比例尺确定方法  93-94
  5.5 FMC处理结果显示区  94-95
  5.6 FMC处理图片显示区  95-96
  5.7 FMC参数设置区  96-98
  5.8 FMC与商业软件Photoshop处理的容弹图片比较  98-101
  5.9 FMC数据处理速度  101
  5.10 512×512像素图片与768×768像素图片兼容  101-103
  5.11 不同分辨度与不同图像特征火焰图片的处理  103-106
  5.12 FMC在定容燃烧弹实验中的应用  106-107
  5.13 FMC误差分析  107-108
  5.14 程序流程图  108-110
  5.15 本章小结  110-111
第6章总结与展望  111-115
  6.1 总结  111-113
  6.2 展望  113-115
参考文献  115-118
致谢  118-119
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况  119

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