燃油发动机喷雾粒子尺寸测量及特性分析

论文摘要

随着汽车工业的迅猛发展,各国的汽车制造商开始进行节油环保技术的探索和开发工作。燃油的雾化质量直接影响发动机的经济性、动力性、有害排放和噪声水平,因此喷雾质量评价显得至关重要。为了实现理想的喷油规律和燃烧质量,有必要对喷雾质量的影响因素进行细致深入的研究。本文利用手压喷油泵、高分辨率数码照相机、车用发动机喷嘴等设备,采用直接拍摄法对柴油及混合柴油的喷雾场进行实时拍摄；利用Photoshop软件对所拍摄的液滴尺寸进行读数；绘制出液滴尺寸的数目分布图、液滴数目的PDF图、累积分布图,对以上所绘图形进行分析得出如下结论：中间直径的液滴数目占液滴总数的比例很大,而小颗粒液滴和大颗粒液滴数目都较少；尺寸分布的峰值呈先增大后减小趋势且峰值向小颗粒液滴方向偏移。由于一张喷雾图像的粒子数目理论值在5500个左右,在人工进行喷雾粒子直径测量时,往往需要将一张喷雾图像划分成几十份小图像分给多个人去处理,然而即使这样也需要花费一个星期的时间。本文从节省人力和时间的方面考虑,利用MATLAB图像处理工具箱提供的强大图像处理函数,基于MATLAB GUI设计开发了喷雾图像处理软件。本文利用开发的图像处理软件,对起喷压力24.85MPa,0.26mm单孔喷嘴纯柴油喷雾图像进行了粒子统计和粒子直径测量并与人工统计进行对比分析,利用图像处理软件对0.26mm、0.315mm的单孔喷嘴(启喷压力同为16Mpa、二甲醚掺混比同为20%)进行了粒子统计并与人工进行了对比分析。从对比分析结果可以看出软件统计与人工统计数据拟合较好,表明喷雾图像处理软件具有一定的使用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油发动机喷雾学国内外研究现状
• 1.2 数字图像处理技术研究现状
• 1.2.1 数字图像处理的发展历程
• 1.2.2 数字图像处理特点
• 1.2.3 数字图像处理的重要应用领域
• 1.2.4 数字图像处理技术的发展方向
• 1.3 MATLAB简介
• 1.3.1 MATLAB发展历程
• 1.3.2 MATLAB主要特点
• 1.3.3 MATLAB图像处理工具箱
• 1.4 论文研究的主要工作
• 第二章 实验方案及喷雾液滴尺寸的分布
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 实验仪器设备
• 2.2 实验条件
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 标准丝的拍摄
• 2.3.2 喷雾场的拍摄
• 2.4 喷雾粒子的尺寸分布
• 2.4.1 Nukiyama-Tanasawa分布
• 2.4.2 最大熵分布
• 2.4.3 对数正态分布
• 2.5 喷雾液滴尺寸测量影响因素
• 2.5.1 MATLAB图像处理工具箱对喷雾粒子直径的测量
• 2.6 本章小结
• 第三章 数字图像处理基础及MATLAB实现
• 3.1 图像数字化
• 3.2 数字图像处理的主要研究内容
• 3.3 图像数据格式与类型
• 3.3.1 四种图像类型简介
• 3.3.2 MATLAB图像类型表示方法
• 3.4 图像增强
• 3.4.1 图像增强方法
• 3.4.2 灰度直方图
• 3.4.3 对比度扩展
• 3.4.4 直方图均衡化
• 3.4.5 图像光照不均增强方法
• 3.5 图像分割
• 3.5.1 基于图像灰度分布的阈值方法
• 3.5.2 最大熵阈值法
• 3.5.3 最小误差法
• 3.5.4 基于图像分割的迭代法
• 3.6 边缘检测
• 3.6.1 几种常用边缘算子
• 3.6.2 边缘检测算子在MATLAB中的实现
• 3.7 二值形态学操作
• 3.7.1 膨胀和腐蚀
• 3.7.2 开启和闭合
• 3.8 本章小结
• 第四章 喷雾图像处理软件的MATLAB/GUI设计
• 4.1 图形用户界面的设计
• 4.1.1 图形用户界面的对象结构
• 4.1.2 图形用户界面的设计原则
• 4.1.3 图形用户界面的设计步骤
• 4.2 界面创建
• 4.3 喷雾图像处理软件的开发、设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷雾图像测量软件测量结果及人工对比分析
• 5.1 三种喷雾粒子直径测量方法对比
• 5.2 四种分割方法与人工统计对比
• 5.3 同一张喷雾图像软件统计结果与人工统计结果对比分析
• 5.3.1 喷雾图像人工数据读取
• 5.3.2 软件统计粒子分布与人工统计对比分析
• 5.3.3 软件统计与人工统计粒子平均直径、特征直径对比
• 5.4 同压力不同孔径喷嘴软件统计与人工统计对比分析
• 5.5 误差分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢