基于深度學(xué)習(xí)的甲烷高壓射流湍流燃燒火焰圖像處理方法研究

石 磊，雷 艷，梁曉杰，林 琛，王 磊，王曉艷，周定武

（1.濰柴動力股份有限公司內(nèi)燃機(jī)可靠性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濰坊 261061；2.北京工業(yè)大學(xué) 汽車工程系，北京 100124；3.湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，長沙 412001）

0 概述

低碳燃料天然氣由于其具有熱值高、儲量豐富、經(jīng)濟(jì)性好、碳排放低等優(yōu)點(diǎn)，成為實(shí)用的清潔替代能源［1–2］。天然氣主要成分是甲烷，在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用時有低壓預(yù)混和高壓直噴兩種方式。低壓噴射天然氣發(fā)動機(jī)受爆震限制，熱效率較低，且低負(fù)荷工況易出現(xiàn)工作不穩(wěn)定甚至失火［3］。天然氣缸內(nèi)直噴是天然氣發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)高效率、低排放的技術(shù)途徑，成為發(fā)動機(jī)節(jié)能減排的重要方向之一［4］。缸內(nèi)直噴方式下，天然氣在上止點(diǎn)前高速射流進(jìn)入燃燒室，由引燃火焰引燃天然氣射流，最終形成射流湍流燃燒。作為天然氣主要成分的甲烷，其分子結(jié)構(gòu)中C—H 鍵的鍵能較大，超過一般有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中的C—C 鍵的鍵能，天然氣燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢［5］。天然氣直噴發(fā)動機(jī)的射流燃燒特性對整機(jī)性能影響至關(guān)重要，開展天然氣高壓射流燃燒的基礎(chǔ)研究十分必要。目前，研究人員多采用光學(xué)測試方法對射流燃燒特性進(jìn)行研究，高速攝影、紋影技術(shù)成為研究射流燃燒的主要手段。文獻(xiàn)［6］中用紋影獲得了燃燒火焰圖像并測量了層流燃燒火焰半徑。文獻(xiàn)［7］中采用高速攝影機(jī)、紋影技術(shù)研究了高壓甲烷射流特性，而且開展定容彈內(nèi)甲烷射流燃燒特性試驗(yàn)研究［8］。在通過光學(xué)測試獲得燃燒火焰圖像后，精確分析火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊热紵暧^特性十分必要，其中對火焰邊緣定位、火焰輪廓的提煉是處理紋影圖片的關(guān)鍵，國內(nèi)外學(xué)者對火焰紋影圖像處理進(jìn)行了大量研究。……