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柴油—生物柴油混合燃料喷雾图像处理的研究

2020-12-01阅读(901)

柴油—生物柴油混合燃料喷雾图像处理的研究

论文摘要

生物柴油作为可再生资源,是目前很多科研人员研究的焦点问题。生物柴油应用在柴油机上有动力性、经济性好、碳烟排放量大幅度降低等优点。由于喷雾场中液滴的大小和数量是评价雾化质量及雾化特性的重要指标,燃油喷雾液滴的测量具有重要的意义。目前,喷雾液滴的测量方法是多种多样的,由于成本低廉,且易于操作,数码相机法已成为测量喷雾液滴的新兴手段。本文就是在数码相机获取图像的基础上,运用数字图像处理技术和分析的手段测量喷雾液滴的大小和数量,是喷雾液滴测量研究的大胆尝试和探索。通过对柴油和生物柴油混合燃料喷雾特性进行了对比研究。结果表明,随着生物柴油掺混比的增大,燃油粘度增大,喷雾锥角变小,Sauter平均直径增大。与改制油MB24相比,柴油的相对尺寸范围和发散边界较大,因此其Sauter平均直径比MB24混合燃料的略大。由于乙醇的稀释作用,MB24的Sauter平均直径最小,雾化质量明显改善。从喷雾液滴尺寸的数目分布可以看出,所有燃料的曲线峰值均位于14μm处,小颗粒液滴较多。随着生物柴油掺混比的增大,曲线峰值下降,下降趋势均匀平缓,说明燃料黏度的增大将使雾化油滴的尺寸分布渐趋均匀。从液滴尺寸的累积体积分布可以看出,随着生物柴油掺混比的增大,达到某一累积体积的油滴直径增大,说明大颗粒油滴增多。本文针对燃油喷雾液滴图像的特点,研究喷雾液滴图像处理与分析的完整过程,主要算法有:整图和分割图的阈值分割方法;运用数学形态学中的开运算减少了图像中的噪声,粘连的液滴粒子也被分割开;用5种边缘检测算子对柴油喷雾图像进行边缘检测,在一定程度上有利于粒子个数的统计;同时,实现了图像像素单位和长度单位μm之间的换算关系;并实现了用软件编程方法处理柴油喷雾图像,输出统计的曲线图,但直径为7μm和14μm油滴粒子用软件处理与人工处理的结果误差较大,需要对软件进行系数校正,校正后的结果与人工统计结果基本接近,用软件处理可以节省大量的时间,具有非常现实的意义。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 问题的提出
  • 1.2 喷雾液滴尺寸测量的现状与常用方法
  • 1.3 数字图像处理的概念及其发展
  • 1.4 本文要解决的问题
  • 第二章 数字图像及其采集
  • 2.1 成像模型
  • 2.1.1 辐射度学和光度学
  • 2.1.2 成像模型
  • 2.2 图像的数字表示
  • 2.2.1 图像的数字化过程
  • 2.2.2 图像的数字表示
  • 2.3 数码相机原理
  • 2.3.1 数字图像的获取
  • 2.3.2 数码相机的特点
  • 2.3.3 数码相机的工作原理
  • 第三章 生物柴油/柴油混合燃料喷雾质量对比实验
  • 3.1 实验仪器设备
  • 3.2 实验条件
  • 3.3 实验准备
  • 3.4 实验过程
  • 3.4.1 标准丝的拍摄
  • 3.4.2 喷雾场的拍摄
  • 3.5 实验数据处理
  • 3.5.1 喷雾锥角的测量
  • 3.5.2 雾化油滴的尺寸分布统计
  • 3.5.3 雾化油滴的索特（Sauter）平均直径的计算
  • 3.5.4 雾化油滴的特征直径的计算
  • 3.5.5 雾化油滴的相对尺寸范围和发散边界的计算
  • 3.6 实验结果及其分析
  • 3.6.1 喷雾的空间形态
  • 3.6.2 喷雾锥角
  • 3.6.3 雾化油滴的尺寸分布
  • 3.6.4 雾化油滴的索特（Sauter）平均直径
  • 3.6.5 雾化油滴的特征直径
  • 3.6.6 雾化油滴的相对尺寸范围和发散边界
  • 第四章 图像预处理
  • 4.1 灰度直方图
  • 4.1.1 灰度直方图的概念
  • 4.1.2 灰度直方图的性质
  • 4.2 图像空域运算
  • 4.2.1 图像点运算及其对比度扩展
  • 4.2.2 图像代数运算
  • 4.2.3 图像几何运算
  • 4.3 图像频域变换及运算
  • 4.3.1 傅立叶变换
  • 4.3.2 线性系统理论
  • 4.3.3 滤波器设计
  • 4.3.4 同态滤波
  • 第五章 目标的检测与识别
  • 5.1 阈值分割
  • 5.1.1 全局阈值处理
  • 5.1.2 局部阈值处理
  • 5.1.3 MATLAB 阈值处理
  • 5.2 数学形态学
  • 5.2.1 膨胀与腐蚀
  • 5.2.2 开运算与闭运算
  • 5.2.3 开运算和闭运算的MATLAB 的实现
  • 5.3 目标识别
  • 5.3.1 连通区域
  • 5.3.2 目标面积和数量的计算
  • 5.4 边缘检测
  • 5.4.1 边缘检测的基本思想
  • 5.4.2 几种边缘检测算法的比较
  • 5.4.3 应用MATLAB 来实现边缘检测
  • 第六章 喷雾图像处理软件的开发
  • 6.1 喷雾图像处理软件系统的硬件环境
  • 6.1.1 对数码相机的要求
  • 6.1.2 对计算机的要求
  • 6.2 喷雾图像处理软件程序的开发语言环境
  • 6.2.1 MATLAB 图像处理工具
  • 6.2.2 MATLAB 图像处理的特点
  • 6.2.3 MATLAB 图像处理
  • 6.3 喷雾图像处理程序的使用
  • 6.3.1 喷雾图像处理程序的实现
  • 6.3.2 影响精度的因素
  • 6.4 喷雾图像处理软件与人工处理结果的对比分析
  • 结论
  • 一、主要结论
  • 二、论文完成的主要工作
  • 三、今后的研究方向
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  • 致谢

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