基于圖像處理的噴嘴霧化角測試方法

錢 晨，高新妮，胡保林，彭中偉，顏 華，楊 斌

(1.上海理工大學 能源與動力工程學院 上海市動力工程多相流動與傳熱重點實驗室，上海 200093；2.西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

液體火箭發動機工作過程中，燃料和氧化劑經過噴嘴霧化成細小液滴，在推力室進行蒸發、混合和燃燒產生高溫燃氣，高溫燃氣通過噴管產生推力。噴嘴霧化過程對發動機燃燒具有重要影響，關系發動機燃燒穩定與效率。其中，霧化角是評價霧化性能的重要指標之一。如果燃料噴嘴霧化角過大，噴出的燃料將會穿出氧化劑區域而造成燃料和氧化劑混合不良，降低燃燒效率，此外還會因為燃料噴射到推力室壁面上造成結焦或積碳現象，影響傳熱效果，導致發動機推力不足，甚至造成超溫事故；如果燃料噴嘴霧化角過小，燃料和氧化劑霧滴不能有效地彌散在推力室，造成燃料和氧化劑混合不均勻，導致燃燒效率較低，影響發動機性能。因此，準確測量噴嘴出口霧化角對驗證噴嘴結構設計具有重要意義。

基于圖像處理的霧化角測量方法廣泛應用于評估噴嘴性能及檢測噴嘴結構設計缺陷。劉祺等采用陰影法和紋影法進行光學測量，基于高速攝像機拍攝噴霧圖像，標定噴嘴頭部端面直徑和圖像中斷面直徑像素點個數計算比例關系，通過比例關系和噴霧邊緣像素點個數得到霧化角所需計算的邊界長度，從而得到霧化角數值，發現霧化角大小隨著背壓的增大呈現出單調遞減的關系。……