预混火焰图像的自适应分割与分区闪烁特性

摘要

预混火焰分区闪烁特性研究对于掌握火焰的燃烧机制，理解火焰各分区的燃烧差异性具有重要意义．本文针对传统方法在火焰边缘检测和分区划分中存在的不足，提出了一种预混火焰图像自适应分割的方法．根据预混火焰的反应面区域边缘特征，自适应地选取不同方向的形态结构元素，完成了反应面区的边缘提取．基于反应面区上、下边缘的空隙特征，采用逐列搜索确定反应物区和预热区的上边缘．通过闭合反应物区和预热区上边缘，实现了其边缘的完整提取．采用种子点填充算法，将反应面区及反应物和预热区的边缘转换为相应的分区区域．采用Otsu方法分割图像中的火焰整体区域．通过逻辑操作确定产物区，最终实现了预混火焰3个分区的划分．研究了不同流量和当量比下，本生预混火焰不同分区的闪烁特性．研究表明，预混火焰不同区域因其物理和化学特性的差异而呈现出不同的波动特性．预混火焰的低频部分主要来源于反应面区、反应物和预热区的闪烁波动，频率成分较多；产物区的闪烁波动呈现单一频率，是闪烁频率主要来源．预混火焰产物区闪烁频率与总流量成正比关系，在相同总流量条件下，贫燃状态，闪烁频率随着当量比的增加而增加；富燃状态，闪烁频率随着当量比的增加而降低；当量比为1.0时，闪烁频率最大．

关键词

预混火焰 / 闪烁频率 / 图像法 / 边缘检测 / 形态学 / 阈值法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(62271343); 天津市研究生科研创新资助项目(2022BKY080)