液體橫向射流邊界的獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及液體射流邊界獲取的技術領域,具體的涉及一種液體橫向射流邊界的 獲取方法。
【背景技術】
[0002] 在液體燃料發動機中,液體燃料的射流和霧化是一個非常重要的過程。其中,射流 的邊界信息作為衡量霧化效果的一項指標備受關注,它影響著橫向射流的霧化程度,射流 與空氣的摻混程度,同時也影響著射流的展向擴展。目前研究射流邊界的辦法主要有兩種: 一種是通過光學成像獲得橫向射流的宏觀圖像,再通過圖像處理獲得射流邊界的信息。另 一種是通過光學測量技術單點的液滴粒徑信息,通過各點的液滴粒徑信息得到射流邊界, 然后擬合射流曲線穿透深度。常用光學測量方法包括紋影法、陰影法、高速攝影法、片光法 和PDA(Particle Dynamic Analyzer)。
[0003] 國內外研究中對于穿透深度定義和獲取方法不盡相同,采用Η)Α單點測量,其效率 較低,難以一次獲得完整流場的整體邊界信息;高速攝影法、陰影法和紋影法都可以獲得射 流主流的大致輪廓,但基于高速攝影技術經過圖像處理得到的射流邊界信息,物理意義不 明確。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種液體橫向射流邊界的獲取方法,該發明解決了現有技 術邊界獲取方法無法快速、定量、物理意義明確地獲取超聲速氣流中液體橫向射流邊界的 技術問題。
[0005] 本發明提供一種液體橫向射流邊界的獲取方法,包括以下步驟:
[0006] 步驟S100:通過脈沖背景成像方法獲得射流平面內的標尺圖像,然后對超聲速流 場中的液體橫向射流進行連續拍攝,獲得液體橫向射流的瞬態圖像,通過給定灰度閾值得 到初始的射流邊界點;
[0007] 步驟S200:對圖像中的液體射流邊界點進行一次擬合,得到第一擬合曲線,在第一 擬合曲線上沿射流方向依次取法線,并在所取法線方向上以圓為區域邊界查找射流邊界散 點最集中的區域,并依次在該區域內提取射流邊界的多個第一特征點;
[0008] 步驟S300:對第一特征點進行二次擬合,得到第二擬合曲線,在第二擬合曲線上沿 射流方向依次取法線,并在所取法線方向上以圓為區域邊界查找射流邊界散點最集中的區 域,并依次在該區域內提取射流邊界的多個第二特征點;
[0009] 步驟S400:對第二特征點進行三次擬合,得到第三擬合曲線,計算第二擬合曲線和 第三擬合曲線的相對誤差,當相對誤差值小于0.1 %時,以第二特征點作為液體橫向射流邊 界,否則,重復步驟S300~步驟S400,直到相對誤差值小于0.1 % ;
[0010] 步驟S500:根據標尺將圖像中的像素轉化為實際物理距離,得到液體橫向射流邊 界的物理邊界。
[0011] 進一步地,初始液體橫向射流的邊界點圖像獲取通過給定灰度閾值的方法獲得, 灰度閾值為最大灰度的10%。
[0012] 進一步地,依據最小二乘法原則進行擬合得到;
[0013] 第一次擬合曲線為戶V61. ,:
[0014] 第二擬合曲線為r= .,
[00巧]第三擬合曲線為7 =
[0016]其中X為像素點的橫坐標,y為像素點的縱坐標,a4Pbn為擬合系數。
[0017] 進一步地,步驟S200包括以下步驟:
[0018] 步驟S210:取第一次擬合曲線;κ =碑:^_上任一點(Xi,yi),過該點的第一擬合曲線的 法線為-(λ·-Α.,.)χ(¥Λ~-丁 1,并與圖像的邊界相交;
[0019]步驟S220:以第一次擬合曲線的原點為起點,X軸為正方向,以10個像素距離為步 長,作經過第一擬合曲線上的點的法線,以該法線與圖像邊緣遠離射流區域的交點為起點, 以該法線上的任一點為圓心,R為半徑,將落在該圓內的灰度值為255的像素點個數記為Si, 然后沿該法線移動10個像素距離,得到下一個查找圓圓心;
[0020] 步驟S230:以該下一個查找圓圓心為圓心,半徑為R,將落在該圓內的灰度值為255 的像素點個數為s2,以此類推,得到S 3,S4……Si,取最大S值對應的查找圓圓心為該法線方 向上的特征點;
[0021] 對第二擬合曲線上的下一點(Xi+1,yi+1)重復步驟S110~130獲取特征點,沿第一擬 合曲線移動完成后,得到所有特征點的集合作為第一特征點。
[0022] 進一步地,步驟S300包括以下步驟:
[0023] 步驟S310:取過第二擬合曲線上任一點(Xi,yi)的法線,該法線為y =只-(X - 4) · (aAxf2'-1,并與圖像邊界相交;
[0024]步驟S320:以第一次擬合曲線的原點為起點,X軸為正方向,以10個像素距離為步 長,作經過第二擬合曲線上的點的法線,以該法線與圖像邊界遠離射流區域的交點為起點, 沿該法線方向,以該法線上的一點為圓心,R為半徑,將落在該圓內的灰度值為255的像素點 個數記SSi,然后沿該法線移動10個像素距離,得到下一個查找圓圓心;
[0025] 步驟S330:以該下一個查找圓圓心為圓心,半徑為R,將落在該圓內的灰度值為255 的像素點個數為τ2,以此類推,得到T3,T4……Ti,取最大S值對應的查找圓圓心為該法線方 向上的特征點;
[0026] 對第二擬合曲線上的下一點(xi+1,yi+1)重復步驟S310~330獲取特征點,沿第二擬 合曲線移動完成后,得到所有特征點的集合為第二特征點。
[0027] 進一步地,第二擬合曲線和第三擬合曲線的相對誤差為〃 ,其中= 為任一像素位置對應的相對誤差百分比,η為平均誤差百分比,η為像素點個數。
[0028] 進一步地,成像方法為脈沖激光背景成像法。
[0029] 本發明的技術效果:
[0030] 本發明提供的液體橫向射流邊界的獲取方法,通過對灰度閾值法得到的射流邊界 點進行多次特征點提取和線性擬合,得到液體橫向射流的邊界,所得測量結果客觀、定量、 物理意義清楚準確。
[0031] 具體請參考根據本發明的液體橫向射流邊界的獲取方法提出的各種實施例的如 下描述,將使得本發明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法的優選實施例的流程圖示意圖; [0033]圖2是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法中用到的脈沖背景成像試驗裝置 結構示意圖;
[0034] 圖3是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法優選實施例中設閾值為最大灰度 值的10%時獲得的射流邊界點示意圖;
[0035] 圖4是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法優選實施例中第一擬合曲線及初 始射流邊界點分布示意圖;
[0036] 圖5是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法優選實施例中第二擬合曲線及第 二特征點分布示意圖;
[0037] 圖6是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法優選實施例中第三擬合曲線及第 三特征點分布示意圖;
[0038] 圖7是是本發明提供液體橫向射流邊界的獲取方法優選實施例中第二擬合曲線和 第三曲線比較示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解,本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的不當限定。
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