CN114419334A - 一种确定火焰不可信半径范围的方法 - Google Patents

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CN114419334A CN202111534354.0A CN202111534354A CN114419334A CN 114419334 A CN114419334 A CN 114419334A CN 202111534354 A CN202111534354 A CN 202111534354A CN 114419334 A CN114419334 A CN 114419334A
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韩志强
符鑫
胡明杰
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Abstract

本发明公开了一种确定火焰不可信半径范围的方法，对需要计算的火焰传播半径的纹影图片进行预处理，得到火焰边缘轮廓图；然后确定火焰传播半径的测量中心，然后计算拍摄图片的尺寸与纹影图片中对应的像素值之间的比值；确定点火电极影响的不可信半径范围，最后对比半径差值与半径差值变化图的精度误差标准，确定超出半径差值变化图的精度误差标准部分半径差值对应的角度范围即为对应区域的不可信半径范围。本发明能够分析出点火电极对各个部分影响大小，从而确定火焰半径不可信范围；不仅便于更加合理的计算出火焰半径，还能区别点火电极对四个区域的影响，对各个部分火焰半径发展历程的变化规律提供了一定的理论支持。

Description

一种确定火焰不可信半径范围的方法
技术领域
本发明涉及层流燃烧技术领域，具体为一种确定火焰不可信半径范围的方法。
背景技术
研究层流燃烧特性是为了解燃料燃烧过程，提高燃烧效率和发展高效清洁燃烧控制策略的必要过程，是描述湍流火焰特征的基础。近年来，一些学者为了进一步研究层流燃烧特性，开始借助定容燃烧弹，获得不同时刻下层流火焰的瞬时半径，从而研究层流燃烧特性参数的规律。但是层流燃烧火焰传播存在不均匀性，所以层流燃烧火焰半径计算方法的优化程度直接影响着层流燃烧特性参数的精确度，这对层流燃烧速率规律性的研究尤为重要。导致火焰传播不均匀的因素有很多，主要有上浮，变形，上浮且变形，学者们基于定容燃烧弹研究的球形膨胀火焰纹影图的各种变形情况进行了分析证实了点火电极的存在是导致火焰传播半径在该方向失真的主要原因之一，也提出了对火焰半径测量的优化方法，但该类测量方法并没有考虑到点火电极对各个部分影响权重的大小，也没有考虑到半径精度误差对层流燃烧火焰传播速度适应性问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够分析出点火电极对各个部分影响大小，从而确定火焰半径不可信范围的方法。不仅能够更加合理的计算出火焰半径，还能区别点火电极对四个区域的影响，对各个部分火焰半径发展历程的变化规律提供了一定的理论支持。技术方案如下：
一种确定火焰不可信半径范围的方法，包括以下步骤：
步骤1：对需要计算的火焰传播半径的纹影图片进行预处理，得到火焰边缘轮廓图；
步骤2：确定火焰传播半径的测量中心
步骤21：初步建立二维坐标系，对火焰边缘轮廓图划分区域：
对所述火焰边缘轮廓图建立初始二维坐标系，以点火电极两端连线确定纵坐标，在纵坐标左右两侧的火焰前锋面上分别确定一个离纵坐标最远的像素点A1和B1；以A1或B1像素点对纵坐标作出的垂直线确定横坐标；
确定由二维坐标系划分四个区域为：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22：分别定义一区域和二区域中离点火电极上端最远的像素点，以及三区域和四区域中离点火电极下端最远的像素点，也即受点火电极影响最小像素点，横坐标为Xbi，纵坐标为Ybi；i=1,2,3,4，分别代表四个区域；
步骤23：计算火焰传播半径测量中心：设火焰传播半径测量中心为Q，则Q的坐标为（s,t）=（（Xb1+Xb2+Xb3+Xb4）/4，（Yb1+Yb2+Yb3+Yb4）/4）；
步骤3：计算标定比例k，即拍摄图片的尺寸与纹影图片中对应的像素值之间的比值；
步骤4：确定点火电极影响的不可信半径范围：
步骤41：定义四个区域离点火电极两端最远的像素点的火焰传播半径Rbi；
步骤42：分别计算四个区域中的半径差值：以角度步长为1°，确定各区域中半径提取值Riθ；以Rbi为基准，得到Riθ-Rbi或Rbi-Riθ，画出各区域的半径差值变化图；
步骤43：确定半径精度误差a%，计算半径差值变化图的精度误差标准：即计算出Rbi*a%或-Rbi*a%；
步骤44：将Riθ-Rbi或Rbi-Riθ与（+/-)Rbi*a%进行比较，超过（+/-)Rbi*a%的部分半径差值对应的角度范围即为对应区域的不可信半径范围。
进一步的，所述步骤22中像素点的横坐标和纵坐标具体为：Xb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标；Yb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标。
更进一步的，所述确定各区域中半径提取值具体为：四个区域中的以角度步长为1°的所有半径提取值分别为：一区域为R1θ，θ对应1°,2°,3°......90°；二区域为R2θ，θ对应91°,92°,93°......180°；三区域为R3θ，θ对应181°,182°,183°......270°；四区域为R4θ，θ对应271°,272°,273°......360°；
若存在离散点，则选择其附近的边缘轮廓点的半径提取值。
本发明的有益效果是：本发明能够分析出点火电极对各个部分影响大小，从而确定火焰半径不可信范围；不仅便于更加合理的计算出火焰半径，还能区别点火电极对四个区域的影响，对各个部分火焰半径发展历程的变化规律提供了一定的理论支持。
附图说明
图1为火焰传播半径的纹影图片处理后得到边缘轮廓图。
图2为火焰边缘轮廓图中二维坐标系示意图。
图3为火焰边缘轮廓图划分区域示意图。
图4为计算标定比例示意图。
图5为一区域的半径差值变化图。
图6为二区域的半径差值变化图。
图7为三区域的半径差值变化图。
图8为四区域的半径差值变化图。
图9为各区域中半径差值变化图。
图10为火焰边缘轮廓图中各区域不可信半径范围。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供了一种全新的确定不可信半径范围的方法，可以确定各类火焰半径不均匀情况的不可信半径范围，进而计算出更加合理的火焰传播半径。
主要包含以下步骤：
步骤1：对需要计算的火焰传播半径的纹影图片处理后得到边缘轮廓图（如图1所示）。
步骤2：确定火焰传播半径的测量中心
步骤21：如图2所示，在所述的火焰边缘轮廓图中初步建立二维坐标系：以点火电极两端连线作为纵坐标方向，在火焰前锋面上垂直于点火电极两端的像素点A1和B1，保证A1或B1这两个像素点的横坐标最小或最大。以A1或B1这两个像素点对纵坐标作出的垂直线方向即为横坐标方向。
步骤22：对步骤21的火焰边缘轮廓图划分区域，如图3：以点火电极为基准划分成四个区域：分别是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23：定义四个区域离点火电极两端最远的像素点的横坐标（Xbi(i=1,2,3,4)i代表区域）和纵坐标（Ybi(i=1,2,3,4)i代表区域，如图3所示）。因为对火焰纹影图片处理得到的边缘轮廓图是原始轮廓点，所以存在原始轮廓点是离散的情况，若四个区域中存在离点火电极两端最远像素点的横坐标和纵坐标是离散的情况，则选取其附近的像素点的横坐标和纵坐标。即Xb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标；Yb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标。
步骤24：得到火焰传播半径测量中心：设火焰传播半径测量中心为Q，Q的坐标为（s,t），则Q的坐标为（s,t）=（（Xb1+Xb2+Xb3+Xb4）/4，（Yb1+Yb2+Yb3+Yb4）/4）。
步骤3：如图4，计算标定比例k，即拍摄图片的尺寸与纹影图片中对应的像素值之间的比值。标定比例k的计算公式为：k=s/s0，s为标尺直径AB；s0为纹影图片中标尺像直径A1B1。
步骤4：确定点火电极影响的不可信半径范围：
步骤41：定义四个区域离点火电极两端最远的像素点的火焰传播半径（Rbi(i=1,2,3,4)i代表区域）。即Rb1为一区域中受点火电极影响最小像素点的火焰传播半径，Rb2为二区域中受点火电极影响最小像素点的火焰传播半径，Rb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的火焰传播半径，Rb4为四区域中受点火电极影响最小像素点的火焰传播半径。
步骤42：分别计算四个区域中的半径差值：
步骤421：定义四个区域中的半径提取值：分别为一区域中以角度步长为1°的所有半径提取值R1θ(θ=1°,2°,3°......90°)，二区域中以角度步长为1°的所有半径提取值R2θ(θ=1°,2°,3°......90°)，三区域中以角度步长为1°的所有半径提取值R3θ(θ=1°,2°,3°......90°)，四区域中以角度步长为1°的所有半径提取值R4θ(θ=1°,2°,3°......90°)。
步骤422：计算一区域的R1θ-Rb1或Rb1-R1θ(θ=1°,2°,3°......90°)：以Rb1为基准（受点火电极影响最小，变形程度最小的半径提取值为参考，若存在离散点，则选择其附近的边缘轮廓点的半径提取值），得到R1θ-Rb1或Rb1-R1θ(θ=1°,2°,3°......90°)，画出一区域的半径差值变化图，具体结果如图5。
步骤423：计算二区域的R2θ-Rb2或Rb2-R2θ（θ=91°，92°，93°......180°)：以Rb2为基准，得到R2θ(θ=91°，92°，93°......180°)，画出二区域的半径差值变化图，具体结果如图6。
步骤424：计算三区域的R3θ-Rb3或Rb3-R3θ（θ=181°，182°，183°......270°)：以Rb3为基准，得到R3θ(θ=181°，182°，183°......270°)，画出三区域的半径差值变化图，具体结果如图7。
步骤425：计算四区域的R4θ-Rb4或Rb4-R4θ（θ=271°，272°，273°......360°)：以Rb4为基准，得到R4θ(θ=271°，272°，273°......360°)，画出四区域的半径差值变化图，具体结果如图8。
步骤43：确定半径精度误差，半径精度误差为5%可以满足层流燃烧速度等特性参数的要求，即确定半径精度误差为5%。
步骤44：计算半径差值变化图的精度误差标准：即计算出Rbi或-Rbi（i=1，2，3，4）*5%。
步骤45：排除火焰不可信半径范围：
步骤451：将R1θ-Rb1或Rb1-R1θ(θ=1°,2°,3°......90°)与（+/-)Rb1*5%进行比较，超过(+/-)Rb1*5%的部分半径差值对应的角度范围即为一区域的不可信半径范围；
步骤452：将R2θ-Rb2或Rb2-R2θ(θ=91°，92°，93°......180°)与(+/-)Rb2*5%进行比较，超过(+/-)Rb2*5%的部分半径差值对应的角度范围即为二区域的不可信半径范围；
步骤453：将R3θ-Rb3或Rb3-R3θ（θ=181°，182°，183°......270°)与(+/-)Rb3*5%进行比较，超过(+/-)Rb3*5%的部分半径差值对应的角度范围即为三区域的不可信半径范围；
步骤454：将R4θ-Rb4或Rb4-R4θ(θ=271°，272°，273°......360°)与(+/-)Rb4*5%进行比较，超过(+/-)Rb4*5%的部分半径差值对应的角度范围即为四区域的不可信半径范围。
具体结果如图9，10所示，确定不可信半径范围为：
46°≤α≤90°,90°≤β≤137°,212°≤
Figure 10000233274048
≤270°,270°≤Ƴ≤314°。其中，α为第一区域的不可信半径范围、β为第二区域的不可信半径范围、
Figure 10000233287273
为第三区域的不可信半径范围、Ƴ为第四区域的不可信半径范围。
不可信半径范围外的角度对应的火焰半径可以根据步骤3的标定比例计算得出，即得到最终的火焰传播半径提取值。

Claims (3)

1.一种确定火焰不可信半径范围的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对需要计算的火焰传播半径的纹影图片进行预处理，得到火焰边缘轮廓图；
步骤2：确定火焰传播半径的测量中心
步骤21：初步建立二维坐标系，对火焰边缘轮廓图划分区域：
对所述火焰边缘轮廓图建立初始二维坐标系，以点火电极两端连线确定纵坐标，在纵坐标左右两侧的火焰前锋面上分别确定一个离纵坐标最远的像素点A1和B1；以A1或B1像素点对纵坐标作出的垂直线确定横坐标；
确定由二维坐标系划分四个区域为：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22：分别定义一区域和二区域中离点火电极上端最远的像素点，以及三区域和四区域中离点火电极下端最远的像素点，也即受点火电极影响最小像素点，横坐标为Xbi，纵坐标为Ybi；i=1,2,3,4，分别代表四个区域；
步骤23：计算火焰传播半径测量中心：设火焰传播半径测量中心为Q，则Q的坐标为（s,t）=（（Xb1+Xb2+Xb3+Xb4）/4，（Yb1+Yb2+Yb3+Yb4）/4）；
步骤3：计算标定比例k，即拍摄图片的尺寸与纹影图片中对应的像素值之间的比值；
步骤4：确定点火电极影响的不可信半径范围：
步骤41：定义四个区域离点火电极两端最远的像素点的火焰传播半径Rbi；
步骤42：分别计算四个区域中的半径差值：以角度步长为1°，确定各区域中半径提取值Riθ；以Rbi为基准，得到Riθ-Rbi或Rbi-Riθ，画出各区域的半径差值变化图；
步骤43：确定半径精度误差a%，计算半径差值变化图的精度误差标准：即计算出Rbi*a%或-Rbi*a%；
步骤44：将Riθ-Rbi或Rbi-Riθ与（+/-)Rbi*a%进行比较，超过（+/-)Rbi*a%的部分半径差值对应的角度范围即为对应区域的不可信半径范围。
2.根据权利要求1所述的确定火焰不可信半径范围的方法，其特征在于，所述步骤22中像素点的横坐标和纵坐标具体为：Xb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标，Xb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的横坐标；Yb1为一区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb2为二区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb3为三区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标，Yb4为四区域中受点火电极影响最小的像素点的纵坐标。
3.根据权利要求1所述的确定火焰不可信半径范围的方法，其特征在于，所述确定各区域中半径提取值具体为：
四个区域中的以角度步长为1°的所有半径提取值分别为：一区域为R1θ，θ对应1°,2°,3°......90°；二区域为R2θ，θ对应91°,92°,93°......180°；三区域为R3θ，θ对应181°,182°,183°......270°；四区域为R4θ，θ对应271°,272°,273°......360°；
若存在离散点，则选择其附近的边缘轮廓点的半径提取值。
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CN117350048A (zh) * 2023-10-09 2024-01-05 北京航空航天大学 基于瞬态火焰扩展过程的燃油系统能量安全阈值评估方法

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CN117350048A (zh) * 2023-10-09 2024-01-05 北京航空航天大学 基于瞬态火焰扩展过程的燃油系统能量安全阈值评估方法
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