基于三维层析技术的光学柴油发动机机内火焰重构

本文搭建了基于一台光学柴油发动机的三维层析测量系统,利用高速相机和光纤束可以同时从8个不同方向获得燃烧室内的火焰投影,同时提出了一种特殊的标定装置,能够从多个不同方向标定光纤束与燃烧室之间的相对位置关系。本文分析了光学发动机中由缸套扭曲引起的重构误差大小,并应用三维层析技术对光学发动机内的火焰发展过程进行了重构,获得了不同发动机转速下的火焰三维结构。通过对火焰二维投影和三维结构的分析发现,随着发动机转速增加,燃烧效率变高,最大火焰面积/体积和火焰强度出现的时刻提前,但是利用二维火焰投影得到的最大火焰面积与利用三维火焰结构得到的最大火焰体积出现的时刻不同,这是由于火焰在燃烧室内除了沿着燃烧室直径方向扩散,还会沿着活塞运动方向扩散。利用火焰三维重构结果,可以获得火焰在沿活塞运动方向上的分布,有助于分析燃烧过程,为提高发动机效率提供依据。

基于CT原理的火焰三维重构误差分析

火焰CT技术是利用CCD相机重构火焰三维结构的重要非接触测量手段。为研究探测相机摆放误差对三维重构的影响,使用逻辑反投影-联合代数迭代(LBP-SART)耦合算法对模拟得到的三维火焰进行重构。通过研究相机距离、相机法线偏转角、相机方位偏转角3种摆放误差对重建效果的影响发现:当重建锥角小于5°、相机法线偏转角小于1.5°、相机方位偏转角小于3.5°时,对重构图像的影响较小,重构图像与原始图像的相似度仍可达到90%以上;相机法线偏转角对重构效果影响较大,相机法线偏转角度大于1.5°时会导致图像严重失真;相机方位偏转角对重构结构的影响较小,应将误差控制在±3.5°以内。