CN109060294A - 一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置及方法，涉及喷雾动力学领域，本试验装置通过一个紫外线灯和一个光圈创建一个紫外光点光源，然后通过一个凸透镜形成可覆盖整个视窗的平行光；测试前将目标燃油混入对紫外光具有高吸收特性的燃油组分，当紫外光的平行光束穿过气相喷雾后通过一个凸透镜将光束汇集到一个加载滤波片与高速像增强器的高速数码相机中；此滤波片的波长与入射紫外光的波长相对应，由于气相喷雾对紫外光的吸收，使得获得照片上喷雾部分光强较弱，而其余背景光部分光强较强，因此可以将喷雾轮廓很好的区分开来。
Description
技术领域
本发明涉及动力机械的喷雾动力学研究领域，尤其涉及到一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置及方法。
背景技术
在准静态环境下，纹影法利用油气混合的密度梯度可以将喷雾区域和背景光很好的区分开来，因此纹影法在研究喷雾动力学方面得到了广泛应用。但是，在强气流运动的背景环境下应用纹影法时，当喷雾贯穿距离达到一定长度后，喷雾前端被稀释，密度梯度减小，另外强气流运动使环境湍流剧烈，因此纹影法很难将喷雾区域和环境气体区分开来。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种能够在强气流运动背景环境下对喷雾气相轮廓准确测量的可视化实验装置。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：
一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，包括光照系统和光采集系统；所述光照系统从右到左包括紫外线灯、光栅和第一凸透镜；所述光采集系统从右到左包括第二凸透镜、紫外线带通滤波片、高速像增强器和高速数码相机；所述光照系统和光采集系统之间设置有背景容器；背景容器的左右两侧开设有第一光学窗口和第二光学窗口。
进一步的，所述紫外线灯可产生紫外线，光栅置于第一凸透镜的焦距位置。
进一步的，所述高速像增强器的前面放置一个与入射紫外光波长对应的带通滤波片。
进一步的，带通滤波片放置于凸透镜的焦距位置。
进一步的，目标燃油内混入对紫外线光具有高吸收特性的燃油组分。
基于一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置的方法，包括如下步骤：
步骤一：对目标测试燃油混合一定比例的对紫外光具有强吸收特性的燃油组分；
步骤二：用一个紫外线灯和一个光栅创建一个连续的紫外线点光源；将光栅放置在凸透镜焦距处，创造一束平行的紫外线光；
步骤三：在触发喷油器喷油信号同时触发高速数码相机和高速增强器开始记录图像；当平行的紫外线光穿过油气混合物时，喷雾气相会对紫外线光吸收，穿透过紫外线光以及背景光会被凸透镜聚集到加载紫外线滤波片和高速增强器的高速数码相机中；
步骤四：用Matlab软件对步骤三中得到的图像进行处理设定边界值，得到喷雾气相的轮廓曲线。
进一步的，步骤四中，利用Beer-lambert原理，通过喷雾前光强和喷雾后光强的比值计算喷雾的光学厚度KL值；获得图像中，有喷雾气相部分存在KL值，且光学路径越宽KL值越高，没有喷雾部分KL值趋近于零，因此可以对KL设定临界值很好的区分喷雾区域和环境气体区域。
有益效果：
1.该测量装置将紫外线背景光与带有高速像增强器的高速数码相机结合起来，准确捕捉高强气流背景环境下的气相轮廓，进而开展喷雾动力学方面的研究。
2.与传统纹影技术相比，环境气流运动对本发明技术影响非常小。因此，本发明装置适用工况范围更广。
附图说明
图1为本发明涉及到的一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置。
1、紫外线灯；2、光栅；3、第一凸透镜；4、光学窗口；5、背景容器；6、喷油器；7、光学窗口；8、第二凸透镜；9、紫外线带通滤波片；10、高速像增强器；11、高速数码相机。
具体实施方式
为对本发明做进一步的了解，现下面结合附图对本发明进行进一步说明。
结合附图1，一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，,包括光照系统和光采集系统；所述光照系统从右到左包括紫外线灯1、光栅2和第一凸透镜3；所述光采集系统从右到左包括第二凸透镜8、紫外线带通滤波片9、高速像增强器10和高速数码相机11；所述光照系统和光采集系统之间设置有背景容器6；背景容器6的左右两侧开设有第一光学窗口4和第二光学窗口8。所述紫外线灯1可产生紫外线，光栅2置于第一凸透镜3的焦距位置。所述高速像增强器10的前面放置一个与入射紫外光波长对应的带通滤波片9。带通滤波片9放置于凸透镜8的焦距位置。目标燃油内混入对紫外线光具有高吸收特性的燃油组分。
一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量方法，包括如下步骤：
步骤一：对目标测试燃油混合一定比例的对紫外光具有强吸收特性的燃油组分；
步骤二：用一个紫外线灯1和一个光栅2创建一个连续的紫外线点光源；将光栅2放置在凸透镜3焦距处，创造一束平行的紫外线光；
步骤三：在触发喷油器喷油信号同时触发高速数码相机11和高速增强器10开始记录图像；当平行的紫外线光穿过油气混合物时，喷雾气相会对紫外线光吸收，穿透过紫外线光以及背景光会被凸透镜聚集到加载紫外线滤波片9和高速增强器10的高速数码相机中11；
步骤四：用Matlab软件对步骤三中得到的图像进行处理设定边界值，得到喷雾气相的轮廓曲线。步骤四中，利用朗伯一比尔定律(Beer-lambert)，通过喷雾前光强和喷雾后光强的比值计算喷雾的光学厚度KL值；获得图像中，有喷雾气相部分存在KL值，且光学路径越宽KL值越高，没有喷雾部分KL值趋近于零，因此可以对KL设定临界值很好的区分喷雾区域和环境气体区域。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，其特征在于，包括光照系统和光采集系统；所述光照系统从右到左包括紫外线灯(1)、光栅(2)和第一凸透镜(3)；所述光采集系统从右到左包括第二凸透镜(8)、紫外线带通滤波片(9)、高速像增强器(10)和高速数码相机(11)；所述光照系统和光采集系统之间设置有背景容器(6)；背景容器(6)的左右两侧开设有第一光学窗口(4)和第二光学窗口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，其特征在于，所述紫外线灯(1)可产生紫外线，光栅(2)置于第一凸透镜(3)的焦距位置。
3.根据权利要求1所述的一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，其特征在于，所述高速像增强器(10)的前面放置一个与入射紫外光波长对应的带通滤波片(9)。
4.根据权利要求1所述的一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，其特征在于，带通滤波片(9)放置于凸透镜(8)的焦距位置。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置，其特征在于，目标燃油内混入对紫外线光具有高吸收特性的燃油组分。
6.根据权利要求1至4任一项所述的基于一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：对目标测试燃油混合一定比例的对紫外光具有强吸收特性的燃油组分；
步骤二：用一个紫外线灯(1)和一个光栅(2)创建一个连续的紫外线点光源；将光栅(2)放置在凸透镜(3)焦距处，创造一束平行的紫外线光；
步骤三：在触发喷油器喷油信号同时触发高速数码相机(11)和高速增强器(10)开始记录图像；当平行的紫外线光穿过油气混合物时，喷雾气相会对紫外线光吸收，穿透过紫外线光以及背景光会被凸透镜聚集到加载紫外线滤波片(9)和高速增强器(10)的高速数码相机中(11)；
步骤四：用Matlab软件对步骤三中得到的图像进行处理设定边界值，得到喷雾气相的轮廓曲线。
7.根据权利要求6所述的基于一种强气流运动背景环境下喷雾气相可视化的测量装置的方法，其特征在于，步骤四中，利用Beer-lambert原理，通过喷雾前光强和喷雾后光强的比值计算喷雾的光学厚度KL值；获得图像中，有喷雾气相部分会存在KL值，且光学路径越宽KL值越高，没有喷雾部分KL值趋近于零，可以对KL设定临界值很好的区分喷雾区域和环境气体区域；此临界值可以设定为未产生喷雾图像中，由背景噪声产生最大KL值的两倍。
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