[发明专利]一种燃烧温度场及碳烟浓度场同步测量的方法及装置

说明书

本发明属于内燃机技术领域，并具体公开了一种燃烧温度场及碳烟浓度场同步测量的方法及装置。所述方法包括：分别提取T_2m‑1和T_2m+1时刻有非平行单色光照射的进行喷雾燃烧的待测喷雾燃烧区域的照片中各个像素点的光强、T_2m时刻没有非平行单色光照射的进行喷雾燃烧的待测喷雾燃烧区域的照片中各个像素点的光强和RGB值以及非平行单色光透过未进行喷雾燃烧的待测喷雾燃烧区域的照片中各个像素点的光强，以同时获取喷雾燃烧中的碳烟浓度场和燃烧温度场。所述装置包括脉冲光发射模块、彩色CCD相机、脉冲发生器以及电脑。本发明可有效解决消光法不能计算温度场问题和双色法在高碳烟浓度下计算碳烟浓度场误差大的问题。

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，更具体地，涉及一种燃烧温度场及碳烟浓度场同步测量的方法及装置。

背景技术

内燃机在热效率、排放水平、动力性能、可靠性等方面已经具有独特优势，成为当今社会不可或缺的原动机。但是日益严格的排放法规，对内燃机节能减排提出了更高要求，虽然机外净化能够一定程度上减少排放，但是只有通过优化缸内燃烧才能从根本上解决问题，使内燃机更清洁的同时更加高效。

随着激光诊断和高速成像技术的发展，光学测量在燃烧温度场和碳烟浓度场测量中的应用越来越广泛，为内燃机缸内燃烧的合理组织提供了强有力的技术支持。其中双色法和消光法系统相对简单，测量精度较高，目前应用较为普遍。

双色法可以在非接触情况下，连续同步测量火焰厚度较薄或者碳烟浓度较小的燃烧火焰的燃烧温度场及碳烟浓度场。双色法的基本原理是通过高速彩色CCD相机拍摄获得燃烧过程的彩色图像，从彩色图像中得到RGB值(红、绿、蓝基色值)矩阵，根据固体热辐射理论，结合高温黑体炉标定数据，能找出RGB值矩阵与燃烧温度的对应关系，从而能依次计算出燃烧温度场和碳烟浓度场。但在内燃机喷雾燃烧的双色法测量中，测量光路下游的较浓碳烟会对光路上游的碳烟辐射光进行吸收，从而使得高碳烟浓度下，双色法测量误差较大，故而，双色法并不非常适合喷雾燃烧的碳烟浓度场测量。

消光法可以在非接触的情况下，连续测量喷雾燃烧实验中的碳烟浓度场。消光法的基本原理是当一束光穿过碳烟生成区域时，入射光穿过碳烟区域后，由于碳烟对入射光线的吸收和散射，入射光强会逐步减弱。并且此过程中，碳烟对入射光线的吸收作用远大于散射作用。可用Beer-Lambert理论描述入射光线穿过碳烟区域前后光强变化与碳烟浓度的关系，从而通过光强的测量来计算得到碳烟浓度。与双色法相比，在高碳烟浓度下，消光法的碳烟测量浓度误差较小。目前，消光法不能得到温度场分布；同时存在忽略碳烟自发光的存在而造成的测量误差；并且一般使用激光作为光源，系统较为昂贵。

因此，本领域亟待提出一种能实现内燃机喷雾燃烧温度场和碳烟浓度场同步测量、精度更高、并且价格低廉的测量方法和装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种燃烧温度场及碳烟浓度场同步测量的方法及装置，其中通过对双色法和消光法的工艺条件进行研究和设计，相应的能够结合双色法和消光法各自的优点，以实现同步准确的测得喷雾燃烧实验中燃烧温度场和碳烟浓度场；此外，本发明还通过对非平行单色光照射待测喷雾燃烧区域的时段和彩色CCD相机拍摄时段进行相应的设计和研究，使得极短时内所获取的非平行单色光透过待测燃烧喷雾区域后的照片和没有非平行单色光透过待测燃烧喷雾区域的照片成为有效对比，随后，采用消光法计算碳烟浓度场，采用双色法计算温度场，能够同步准确的测得喷雾燃烧实验中燃烧温度场和碳烟浓度场，以解决消光法不能计算温度场问题和双色法在高碳烟浓度下计算碳烟浓度场误差大的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种燃烧温度场及碳烟浓度场同步测量的方法，包括以下步骤：

S1采用彩色CCD相机拍摄非平行单色光透过未进行喷雾燃烧的待测喷雾燃烧区域的照片A₀；