[发明专利]液体横向射流边界的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及液体射流边界获取的技术领域，具体的涉及一种液体横向射流边界的获取方法。

背景技术

在液体燃料发动机中，液体燃料的射流和雾化是一个非常重要的过程。其中，射流的边界信息作为衡量雾化效果的一项指标备受关注，它影响着横向射流的雾化程度，射流与空气的掺混程度，同时也影响着射流的展向扩展。目前研究射流边界的办法主要有两种：一种是通过光学成像获得横向射流的宏观图像，再通过图像处理获得射流边界的信息。另一种是通过光学测量技术单点的液滴粒径信息，通过各点的液滴粒径信息得到射流边界，然后拟合射流曲线穿透深度。常用光学测量方法包括纹影法、阴影法、高速摄影法、片光法和PDA(Particle Dynamic Analyzer)。

国内外研究中对于穿透深度定义和获取方法不尽相同，采用PDA单点测量，其效率较低，难以一次获得完整流场的整体边界信息；高速摄影法、阴影法和纹影法都可以获得射流主流的大致轮廓，但基于高速摄影技术经过图像处理得到的射流边界信息，物理意义不明确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体横向射流边界的获取方法，该发明解决了现有技术边界获取方法无法快速、定量、物理意义明确地获取超声速气流中液体横向射流边界的技术问题。

本发明提供一种液体横向射流边界的获取方法，包括以下步骤：

步骤S100：通过脉冲背景成像方法获得射流平面内的标尺图像，然后对超声速流场中的液体横向射流进行连续拍摄，获得液体横向射流的瞬态图像，通过给定灰度阈值得到初始的射流边界点；

步骤S200：对图像中的液体射流边界点进行一次拟合，得到第一次拟合曲线，在第一次拟合曲线上沿射流方向依次取法线，并在所取法线方向上以圆为区域边界查找射流边界散点最集中的区域，并依次在该区域内提取射流边界的多个第一特征点；

步骤S300：对第一特征点进行二次拟合，得到第二次拟合曲线，在第二次拟合曲线上沿射流方向依次取法线，并在所取法线方向上以圆为区域边界查找射流边界散点最集中的区域，并依次在该区域内提取射流边界的多个第二特征点；

步骤S400：对第二特征点进行三次拟合，得到第三次拟合曲线，计算第二次拟合曲线和第三次拟合曲线的相对误差，当相对误差值小于0.1％时，以第二特征点作为液体横向射流边界，否则，重复步骤S300～步骤S400，直到相对误差值小于0.1％；

步骤S500：根据标尺将图像中的像素转化为实际物理距离，得到液体横向射流边界的物理边界。

进一步地，初始液体横向射流的边界点图像获取通过给定灰度阈值的方法获得，灰度阈值为最大灰度的10％。

进一步地，依据最小二乘法原则进行拟合得到；

第一次拟合曲线为

第二次拟合曲线为

第三次拟合曲线为

其中x为像素点的横坐标，y为像素点的纵坐标，a_n和b_n为拟合系数。

进一步地，步骤S200包括以下步骤：

步骤S210：取第一次拟合曲线上任一点(x_i,y_i)，过该点的第一次拟合曲线的法线为并与图像的边界相交；

步骤S220：以第一次拟合曲线的原点为起点，x轴为正方向，以10个像素距离为步长，作经过第一次拟合曲线上的点的法线，以该法线与图像边缘远离射流区域的交点为起点，以该法线上的任一点为圆心，R为半径，将落在该圆内的灰度值为255的像素点个数记为S₁，然后沿该法线移动10个像素距离，得到下一个查找圆圆心；

步骤S230：以该下一个查找圆圆心为圆心，半径为R，将落在该圆内的灰度值为255的像素点个数为S₂，以此类推，得到S₃，S₄……S_i，取最大S值对应的查找圆圆心为该法线方向上的特征点；

对第二次拟合曲线上的下一点(x_i+1,y_i+1)重复步骤S110～130获取特征点，沿第一次拟合曲线移动完成后，得到所有特征点的集合作为第一特征点。

进一步地，步骤S300包括以下步骤：

步骤S310：取过第二次拟合曲线上任一点(x_i,y_i)的法线，该法线为并与图像边界相交；