[发明专利]基于图像处理的燃烧室燃烧不稳定试验测量方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的燃烧室燃烧不稳定试验测量装置及方法，包括燃烧室、高频压力传感器或麦克风、采集卡、电荷放大器、计算机、高速摄影仪，高频压力传感器或麦克风实时测量燃烧室内压力脉动信号，采集卡采集测量到的燃烧室内压力脉动信号，电荷放大器对压力脉动信号进行放大并传输至计算机中，高速摄影仪或其他高速CCD相机对燃烧室中火焰变化过程进行高频拍摄。利用基于图像处理的燃烧不稳定试验测量方法，可以对燃烧室中发生的燃烧不稳定问题进行试验测量，初步获得其燃烧不稳定产生原因，从而采用主动或被动抑制方法解决燃烧室中发生的燃烧不稳定问题。

技术领域

本发明属于燃气轮机和航空发动机领域，涉及一种基于图像处理的燃烧室燃烧不稳定试验测量方法。

背景技术

为了降低燃烧污染物排放,目前无论是民机航空发动机燃烧室,还是地面燃气轮机燃烧室,燃烧室设计均普遍采用贫油预混预蒸发燃烧技术。在贫油预混预蒸发低污染燃烧室设计中，最容易遇到的问题是燃烧不稳定。同时在航空发动机加力燃烧室以及火箭发动机燃烧室中，也容易发生燃烧不稳定问题。当燃烧室发生燃烧不稳定时，强大的压力脉动可能导致燃烧室乃至整个发动机振动加剧，发出巨大的燃烧噪声，热负荷增高，从而影响发动机的性能，严重时使发动机部件遭到破坏和烧灼，同时也加剧污染物的产生。

为了研究燃烧室中燃烧不稳定的产生机理，目前国内外普遍采用的研究方法是：用高频压力传感器测量其压力，获得其主频；在一个脉动周期内，在相同的相位条件下，同时用平面激光诱导荧光(PLIF)测量其瞬态释热率，用粒子图像测速仪(PIV)测量其瞬态流场涡结构，从而建立起脉动周期内不同相位时压力脉动、流场涡结构与燃烧释热率之间的关系，从而揭示其燃烧不稳定机理。但该试验测量方法最大的困难有以下几点：1)燃烧不稳定的主频一般比较大，几百赫兹，而要解释其燃烧不稳定机理，则需在一个脉动周期内至少测量10个以上的相位，才能解释一个脉动周期内燃烧释热率和瞬态流场涡结构之间的联系，因此平面激光诱导荧光(PLIF)和粒子图像测速仪(PIV)等测试设备的响应频率至少要达到1000HZ以上，所以对测量设备要求高，而目前国内PLIF的响应频率一般在几十赫兹，因此无法满足目前测量需求；2)需要在同一相位下同时测量瞬态释热率和流场涡结构，需要对平面激光诱导荧光和粒子图像测速仪进行相位同步，在实际试验测量中相位同步非常困难。因此上述研究方法在研究燃烧不稳定机理过程中有一定的局限性，本项目提出了一种新颖的燃烧不稳定试验测量方法，方便测量，设备简单。

发明内容

发明目的：本发明为了对目前燃烧室中容易发生的燃烧不稳定现象进行机理研究，提出了一套基于图像处理的燃烧不稳定试验测量方法，利用该测量方法，可以对燃烧室中发生的燃烧不稳定过程进行试验研究。

技术方案：本发明提供了一种基于图像处理的燃烧室燃烧不稳定试验测量装置，包括燃烧室、高频压力传感器或麦克风、采集卡、电荷放大器、计算机、高速摄影仪或其他高速CCD相机，所述高频压力传感器或麦克风实时测量燃烧室内压力脉动信号，所述采集卡采集测量到的燃烧室内压力脉动信号，所述电荷放大器对压力脉动信号进行放大并传输至计算机中，所述高速摄影仪或其他高速CCD相机对燃烧室中火焰变化过程进行高频拍摄。

一种基于图像处理的燃烧室燃烧不稳定试验测量方法，包括以下步骤：

步骤一，采用高频压力传感器或麦克风等设备实时测量燃烧室内压力脉动信号；

步骤二，通过快速傅里叶数学变换，把压力脉动信号转化为频谱信号，并比对该燃烧室的数据库，从而得到该燃烧室中由燃烧不稳定导致的主频及幅值；

步骤三，采用高速摄影仪或其他高速CCD相机与某特定波长的滤光片相结合方法对燃烧室中发生燃烧不稳定时的火焰自由基变化过程进行高频拍摄，获得其不同时刻下燃烧火焰中某特定波长的自由基，N帧动态变化视频；

步骤四，编制基于快速傅立叶变换的图像处理软件；