燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，在燃燒室的燃燒試驗(yàn)段上開設(shè)可視化窗口，通過高速CCD相機(jī)從可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像，對(duì)某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理，對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取，將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計(jì)算火焰面積的大小，對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。本發(fā)明可用于校驗(yàn)燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測(cè)工具，以用于在設(shè)計(jì)階段對(duì)燃燒室氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
【專利說明】燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]重型燃?xì)廨啓C(jī)正在向更大的單機(jī)功率、更高的循環(huán)效率以及更低的排放等方向發(fā)展。燃燒室作為重型燃?xì)廨啓C(jī)的三大核心部件之一，肩負(fù)著重要的功能。一方面它需要將燃料的化學(xué)能有效地釋放出來轉(zhuǎn)換為高溫高壓的燃?xì)?，為其在透平中膨脹做功提供條件；另一方面，他還負(fù)責(zé)控制污染物的生成。
[0003]隨著全世界對(duì)環(huán)保問題的重視，各國對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的排放要求越來越嚴(yán)格，尤其是對(duì)氮氧化物(NOx)排放的要求。因此，在設(shè)計(jì)與開發(fā)新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，各主要燃?xì)廨啓C(jī)制造商大都采用貧預(yù)混低污染燃燒設(shè)計(jì)技術(shù)，而燃燒不穩(wěn)定問題一直是低污染燃燒設(shè)計(jì)中的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。燃燒不穩(wěn)定會(huì)引起燃燒室內(nèi)的熱聲振蕩，熱聲振蕩主要是受到燃燒的熱釋放率和壓力擾動(dòng)波的來回傳遞形成共振而產(chǎn)生。當(dāng)燃燒室內(nèi)微小的壓力擾動(dòng)波經(jīng)過火焰區(qū)域時(shí)，一部份的熱能可以被轉(zhuǎn)換為放大壓力擾動(dòng)的動(dòng)能，如果這些能量無法經(jīng)由其它的方式耗散掉，便會(huì)累積在壓力擾動(dòng)波內(nèi)而迅速形成駐波，進(jìn)而與熱釋放率產(chǎn)生共振。這種自激發(fā)的壓力波振蕩，不僅干擾正常的燃燒過程，使得氮氧化物的排放達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)損壞燃燒室的構(gòu)件，減低燃?xì)廨啓C(jī)的整體壽命。
[0004]目前，在燃?xì)廨啓C(jī)中對(duì)熱聲振蕩問題主要是通過燃燒調(diào)整技術(shù)來避免，通常是在燃燒室上安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器來測(cè)定燃?xì)廨啓C(jī)在工作過程中燃燒室內(nèi)壓力脈動(dòng)的情況，然后根據(jù)壓力脈動(dòng)幅值的大小來對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵{(diào)整。而在燃燒室設(shè)計(jì)階段還幾乎無法通過常用的數(shù)值模擬方法或工具對(duì)燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，這給燃燒室的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來較大的困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，這種方法基于一種可視化燃燒試驗(yàn)技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，包括以下步驟:
[0009]S1.在燃燒室的燃燒試驗(yàn)段上開設(shè)可視化窗口 ；
[0010]S2.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像；
[0011]S3.對(duì)某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理；
[0012]S4.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取；
[0013]S5.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計(jì)算火焰面積的大小；
[0014]S6.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。
[0015]優(yōu)選地，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個(gè)火焰區(qū)域。
[0016]優(yōu)選地，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料。
[0017]優(yōu)選地，所述透光材料為耐高溫的石英玻璃。
[0018]優(yōu)選地，所述石英玻璃的厚度為10mm?30mm。
[0019]優(yōu)選地，所述高速(XD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測(cè)定工況的采樣頻率相同。
[0020]優(yōu)選地，對(duì)火焰圖像進(jìn)行去背景處理時(shí)，將火焰圖像與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像。
[0021]優(yōu)選地，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop對(duì)火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取。
[0022]優(yōu)選地，在火焰邊界提取過程中，首先對(duì)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法為Sobel或Canny。
[0023]優(yōu)選地，在火焰面積大小計(jì)算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計(jì)算火焰面積的大小。
[0024](三)有益效果
[0025]本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法基于一種可視化燃燒試驗(yàn)技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率，本發(fā)明可用于校驗(yàn)燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測(cè)工具，以用于在設(shè)計(jì)階段對(duì)燃燒室氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0028]如圖1所示，本實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法包括以下步驟:
[0029]S1.在燃燒室的燃燒試驗(yàn)段上開設(shè)可視化窗口 ；
[0030]在燃燒試驗(yàn)臺(tái)的燃燒試驗(yàn)段上安裝可視化窗口，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個(gè)火焰區(qū)域，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料，本實(shí)施例中，所述透光材料優(yōu)選為耐高溫的石英玻璃，為保證所述可視化窗口的強(qiáng)度，所述石英玻璃的厚度為10mm?30mmo
[0031]S2.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像；
[0032]CCD，英文全稱:Charge_coupled Device，中文全稱:電荷賴合兀件，可以稱為CCD圖像傳感器，在試驗(yàn)開始前打開所述高速CCD相機(jī)并正對(duì)所述可視化窗口的中心記錄此時(shí)的背景圖像，然后在試驗(yàn)正式開始后調(diào)整燃燒狀態(tài)到測(cè)定工況時(shí)記錄可視化窗口內(nèi)的火焰圖像，所述高速CCD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測(cè)定工況的采樣頻率相同。
[0033]S3.對(duì)某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理；
[0034]選擇某一特定采樣時(shí)間間隔內(nèi)的火焰圖像，然后與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像，該過程用于消除火焰圖像的背景噪聲。
[0035]S4.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提??；
[0036]本實(shí)施例中，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop等對(duì)火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取，在火焰邊界提取過程中，首先對(duì)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法優(yōu)選為Sobel 或 Canny 等。
[0037]S5.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計(jì)算火焰面積的大??；
[0038]在火焰面積大小計(jì)算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計(jì)算火焰面積的大小。
[0039]S6.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率；
[0040]FFT (Fast Fourier Transformat1n),即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。
[0041]本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法基于一種可視化燃燒試驗(yàn)技術(shù)，通過高速CCD相機(jī)拍照來獲取火焰圖像，然后通過分析火焰圖像的特征來確定燃燒室內(nèi)的火焰振蕩頻率，本發(fā)明可用于校驗(yàn)燃燒室聲學(xué)特性的預(yù)測(cè)工具，以用于在設(shè)計(jì)階段對(duì)燃燒室氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
[0042]本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 51.在燃燒室的燃燒試驗(yàn)段上開設(shè)可視化窗口； 52.通過高速C⑶相機(jī)從所述可視化窗口獲取燃燒室內(nèi)的背景圖像和火焰圖像； 53.對(duì)某一采樣間隔內(nèi)的每一幀火焰圖像進(jìn)行去背景處理； 54.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提?。? 55.將該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰邊界內(nèi)的區(qū)域記為火焰面積并計(jì)算火焰面積的大??； 56.對(duì)該采樣間隔內(nèi)每一幀火焰圖像的火焰面積進(jìn)行FFT變換，以確定燃燒室內(nèi)火焰在此工況下燃燒振蕩的各階頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，通過所述可視化窗口能夠覆蓋燃燒室內(nèi)的整個(gè)火焰區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述可視化窗口的材質(zhì)為透光性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述透光材料為耐高溫的石英玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述石英玻璃的厚度為1mm?30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，所述高速CCD相機(jī)的采樣頻率不低于4096Hz，并保證每一測(cè)定工況的采樣頻率相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，對(duì)火焰圖像進(jìn)行去背景處理時(shí)，將火焰圖像與背景圖像做差值得到去除背景后的火焰圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，采用圖像處理軟件Matlab或Photoshop對(duì)火焰圖像進(jìn)行火焰邊界提取。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，在火焰邊界提取過程中，首先對(duì)每一幀去除背景后的火焰圖像進(jìn)行二值化處理，然后通過圖像處理軟件自帶的邊界提取算法進(jìn)行火焰邊界的提取，所述邊界提取算法為Sobel或Canny0
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)火焰振蕩頻率的確定方法，其特征在于，在火焰面積大小計(jì)算過程中，將得到的火焰區(qū)域內(nèi)每一像素點(diǎn)的大小記為1，火焰區(qū)域外的每一像素點(diǎn)的大小記為0，然后通過累加的方式計(jì)算火焰面積的大小。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK104374581SQ201410588841
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】謝法, 井文明 申請(qǐng)人:北京華清燃?xì)廨啓C(jī)與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司