粒子图像速度粒度同场测量基础与实验验证

从米氏散射理论(Mie scattering)出发,在粒子图像测速法硬件系统结构模型和电荷耦合器件光电转换一般特性基础上,推导出了真实球形粒子在数字相机上所成粒子像各像素点灰度总和的理论计算式。为验证该理论计算式的正确性,采用不同粒径的4种标准粒子进行实验,考察粒子像点灰度和随粒子曝光时间、照明用激光脉冲光强及真实粒子粒径的变化情况。结果表明:粒子像点灰度和随曝光时间及激光光强的变化呈线性趋势,基本与理论推导结果相一致。相同实验条件下的不同粒径标准粒子所成像点灰度和比值均在粒子粒径平方比附近,符合理论结果。

基于循环控制的LPG电喷发动机冷起动初探

基于循环控制策略,利用单循环和多循环燃烧分析方法研究了LPG发动机的冷起动特性。试验在一台四冲程、水冷125mL单缸电控喷射点燃式发动机上进行。通过对冷起动循环的缸压和瞬时转速的实时测量和分析,研究了LPG首次喷射脉宽及着火循环的关系对冷起动着火特性的影响,特别对如何实现可控循环着火进行了基于单次起动喷射脉宽的单循环和多循环燃烧研究。试验结果表明:冷起动首次着火循环对整个起动过程的HC排放及着火稳定性起着至关重要的作用;起动喷射脉宽对冷起动着火特性的影响最大,合理控制起动喷射脉宽和喷射时刻,即可实现"即喷即着"的理想可控循环着火。LPG首次着火循环所需的混合气浓度约是稳定怠速时的2.2倍;单循环起动喷射脉宽起动与多循环起动脉宽起动相比,具有HC排放低和起动可靠性好的优点。在首次喷射之前空转几循环可以使发动机的首次着火循环序数提前,并能提高冷起动可靠性。

基于首次着火循环的低温冷起动特性

从发动机首次着火循环的单一循环特性分析入手，研究了以液化石油气（LPG）为燃料的电控喷射小型点燃式发动机低温冷起动首次着火循环的燃烧情况，当环境温度从-9～4℃变化时，对不同过量空气系数对冷起动的首次着火循环的影响进行分析，结果表明环境温度对冷起动首循环的HC排放有很大影响，而对着火或起动瞬态转速影响不大；过量空气系数直接影响发动机冷起动首循环的着火可靠性和HC排放，通过研究，得出保证此LPG发动机首次着火循环可靠起动时的最佳过量空气系数为0．74左右。

基于可变技术的均质充量压缩着火燃烧控制

均质充量压缩着火(HCCI)是目前发动机领域的研究热点之一。通过分析可变技术对HCCI着火燃烧相位控制的原理及其国内外的研究进展,为实现HCCI成功应用及扩大HCCI功率及转速范围探寻切实可行的方案。分析表明,综合利用可变技术是在更大范围内实现HCCI稳定燃烧、扩大HCCI燃烧功率输出的主要发展方向。

电控喷射LPG发动机冷起动失火特性

为加强冷起动阶段的排放控制,在一台125 cm3单缸电控喷射LPG点燃式发动机上进行了冷起动失火特性的试验研究.通过程序设计,以电控断点火方式造成发动机在所设定循环的完全失火,研究了冷起动过程不同循环在单循环失火、连续两循环失火和连续三循环失火的起动转速和HC排放,并对冷起动前120循环在不同失火率时的HC排放进行了研究.通过试验找到了影响LPG发动机冷起动过程起动转速和HC排放的关键着火循环,即理想的首次着火循环及其次循环.发动机理想的首次着火循环失火对起动时的HC排放和转速影响最大.在首次着火循环的下一循环失火对起动HC排放影响次之,而其余循环的失火对起动HC排放影响基本相同.提高起动初期发动机转速有利于后续循环的稳定运行.HC排放与失火率呈一定比例关系.失火率增加1倍时,HC排放升高约1倍.当失火率超过500/时,HC排放总量急剧升高.

一种二维瞬时粒子图像速度粒度同时测量的新技术

基于灰度统计判别原理,提出了一种可以对二维平面内粒子图像的速度和粒径实现实时同时测量的新技术.基于灰度统计判别的查询算法在运用自相关运算获得速度大小的同时,根据两次曝光粒子图像的能量差异判别记录顺序,解决了数字粒子图像测速(DPIV)中粒子图像运动方向的二义性问题.利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以模拟的DPIV粒子图像为研究对象,开发了相应的查询算法,编制了二维粒子图像速度粒度实时同测的相应软件,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了单区域和全区域的分析检验.结果表明,灰度统计判别解决了方向二义性问题,查询算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,查询软件能够实现二维粒子图像速度、粒度的同时测量,运算时间满足实时测量的需要.

基于灰度统计的粒子图像速度粒度实时测量新技术

本文提出了一种基于灰度统计判别原理,可以对粒子图像实现速度和粒径实时同时测量的新技术———粒子图像速度粒度场仪。粒子图像速度粒度场仪通过灰度判别解决了DPIV粒子图像中方向二义性问题,简化了DPIV系统,利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量。以DPIV粒子图像为研究对象,结合图像处理技术,开发了相应的查询算法,实现了速度粒度的同场测量,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了分析检验。通过算法检验表明,速度粒度同场测量算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,满足未来实际应用对计算精度及测量时间的要求。

基于灰度差异与自相关的粒子速度/粒径同场实时测量

曝光时间不同,粒子的数字图像的灰度也不同.本文基于双曝光粒子像点各像素灰度总和的差异以及数字图像的自相关处理,实现了流场粒子速度/粒径的同场实时测量.介绍了该测量方法的理论基础、流场成像及数字图像处理流程,并对分别添加有35和75μm标准粒子的低速流场进行了速度/粒径的同场实时测量.图形化结果显示该方法得到的速度/粒径信息能够反映流场的真实流动情况;另外,除分布范围略有不同外,速度/粒径测量结果整体接近正态分布,中心峰值与预设数值一致.表明该测量方法能够满足一定的测量精度,可进一步用于燃油喷雾场等高速流场的速度/粒径测量.

一种激光粒子图像速度粒度实时同场测量技术查询系统的开发

本文开发了一个新型的粒子图像速度粒度场仪(PIVS)查询系统,提出了一条新的PIVS配对前预处理思路。该查询系统以DPIV粒子图像为处理对象,结合图像处理技术,采用灰度频数统计法及灰度差分法分别获取速度和粒径信息,实现了速度粒度的同场测量,并利用模拟粒子图像对基于灰度差分法查询算法进行了图像检验。检验结果表明,该查询算法能很好的处理各种模拟图像,并且有很高的计算精度及良好的运算效率。