火焰化学发光三维重建方法的研究

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1、天津大学硕士学位论文火焰化学发光三维重建方法的研究Researchonthree-dimensionalflamereconstructionmethodbasedonchemiluminescence领域：动力工程作者姓名：万明罡指导教师：赵华教授谢辉教授企业导师:李玉峰教授天津大学机械工程学院二零一五年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要汽油机缸内的湍流运动和工质的不均匀分布使得

3、缸内火焰在三维空间上呈现出复杂的形态，影响火焰的发展及其与未燃混合气之间的相互作用。因此，研究缸内火焰的三维空间特征对研究三维湍流燃烧区域内的传质传热和化学反应动力学间的强耦合机制有着重要意义。目前，相关研究的一个重要难题是传统燃烧诊断技术的二维测量结果与湍流燃烧三维特性不匹配。为了解决该问题，本文采用火焰化学发光三维重建技术进行燃烧诊断，利用多角度的火焰图像积分数据实现燃烧区域内辐射强度空间分布重建，从而获取火焰三维特征信息。针对拍摄相机的光电转换过程、几何成像模型和火焰辐射强度空间分布函数分别进行简化，进而推导出简化的火焰

4、成像模型，从数学角度上描述了燃烧区域内辐射强度空间分布与拍摄照片像素值间的关系，建立了以辐射强度为变量的病态矩阵，将火焰化学发光三维重建转化为该病态矩阵的求解问题。模型系数利用外凸多边形的几何特性与准蒙特卡洛算法进行计算。本文采用了代数重建法求解该病态矩阵。基于简化的火焰成像模型，在MATLAB环境下搭建了虚拟火焰重建计算平台，用于模拟火焰化学发光三维重建过程，研究基本重建参数对重建结果的影响规律。本文参考汽油机混合燃烧模式下的火焰特征构建了一系列虚拟火焰，并利用构建的虚拟火焰在虚拟火焰重建计算平台上研究了拍摄角度数量与拍摄图

5、像分辨率对重建精度的影响规律，分析了重建火焰误差分布特征，优化了代数重建法迭代收敛判据。搭建了美克灯火焰多角度图像拍摄系统，并基于简化的火焰成像模型，在MATLAB环境下建立了美克灯火焰重建计算平台。基于该平台，依据多角度的美克灯火焰图像数据成功实现了燃烧区域内CH*空间分布重建。重建结果揭示了美克灯火焰前锋面三维空间结构特征，证明了该技术用于复杂湍流火焰重建的有效性和潜力。关键词：燃烧诊断；火焰化学发光；三维重建；代数重建法；美克灯火焰IAbstractTheflamepropagationingasolineengines

6、,significantlydependentonthein-cylinderturbulenceandtheheterogeneityofthecharge,isfeaturedbycomplexspatialstructure,whichfurtherinfluencesthedevelopmentoftheflameitselfanditsinteractionwiththeunburnedmixture.Therefore,itisnecessarytostudythethree-dimensional(3D)flam

7、estructureandrevealitscouplingmechanismswithheattransfer,masstransferandchemicalreactionkinetics.Oneoftheobstaclesthatlimittheresearchisthemismatchingbetweenthe2Dmeasurementsobtainedbytraditionalcombustiondiagnosticsandthe3Dcharacteristicsofcomplexturbulentflame.Asa

8、solution,thetechniqueofflamereconstructionbasedonchemiluminescence(FRBC)wasapplied,inwhich3Ddistributionofradiationintensitywasreconstruct