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专利号: 2022102807575
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种层流火焰圆心与火焰传播半径的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:在初始实验条件选定的情况下,通过定容燃烧弹点火电极点燃火焰,拍摄火焰纹影图片,获得某一时刻下的一张火焰纹影图片;

步骤2:将点火电极进行旋转90°夹角后,进行重复实验,获得一组火焰纹影图片;

步骤3:对步骤1和步骤2得到的火焰纹影图片进行预处理,得到各图片火焰纹影图片的边缘轮廓;

步骤4:确定火焰纹影图片的几何中心为基点,将步骤1得到的火焰纹影图片分别与步骤2得到的火焰纹影图片于基点对应进行两两叠加;

步骤5:对得到叠加图片分别进行处理分析,基于中线上边缘点到原点长度的百分比误差最小,确定最理想的火焰叠加图片,并从最理想的火焰叠加图片中提取得到第一张火焰轮廓图片和第二张火焰轮廓图片;

步骤6:分别确定第一张火焰轮廓图片和第二张火焰轮廓图片中火焰边缘轮廓的初始圆心;

步骤7:确定火焰边缘轮廓受点火电极影响的范围及计算相关数据;

步骤8:用第二张火焰轮廓图片无点火电极影响的边缘轮廓替换第一张火焰轮廓图片受点火电极影响的火焰轮廓;用第一张火焰轮廓图片无点火电极影响的边缘轮廓替换第二张火焰轮廓图片受点火电极影响的火焰轮廓;得到两张去除点火电极影响后火焰的火焰纹影图片;

步骤9:计算出两张去除点火电极影响后火焰的火焰纹影图片中火焰的圆心坐标;

步骤10:计算两张去除点火电极影响后火焰的火焰纹影图片各角度下的火焰半径;

所述步骤7具体为:

步骤71:依据第一张火焰轮廓图片的火焰圆心坐标(x1,y1),以火焰圆心坐标为原点再次建立二维坐标系,再将坐标系划分两个区域:0°‑180°为区域三;180°‑360°为区域四;

步骤72:计算出第一张火焰轮廓图片上各角度的火焰轮廓边缘点到圆心的距离,即为各角度上的火焰半径,并计算出所有火焰半径的半径均值;

步骤73:使用标准差公式,计算出各角度上火焰半径的标准差,并取大于阈值标准差范围内的火焰半径所对应的角度为火焰边缘轮廓受点火电极影响的范围;

步骤74:根据点火电极自身像素点宽度,以及火焰边缘轮廓受点火电极影响的范围,根据反三角函数公式计算得到第一张火焰轮廓图片在区域三内点火电极对火焰边缘轮廓影响范围θ1与此区间范围内的半径均值r1,以及在区域四内点火电极对火焰边缘轮廓影响范围θ2与此区间范围内的半径均值r2;三角函数公式如下:式中,xi和yi表示位于点火电极影响范围内离点火电极最远的火焰边缘轮廓横坐标与纵坐标;

所述步骤8具体为:

步骤81:对第一张火焰轮廓图片在区域三内点火电极对火焰边缘轮廓影响范围θ1,以基点为圆心,用第二张火焰轮廓图片在同一θ1范围内无点火电极影响的边缘轮廓替换;

步骤82:对第一张火焰轮廓图片区域四内受点火电极影响范围θ2的边缘轮廓,以基点为圆心,用第二张火焰轮廓图片同一方向上无点火电极影响的火焰边缘轮廓进行替换,得到第一张火焰轮廓图片去除点火电极影响后火焰的火焰纹影图片;

步骤83:使用步骤81和步骤82的方法,对第二张火焰轮廓图片受点火电极影响的边缘轮廓使用相同角度下第一张火焰轮廓图片无点火电极影响的火焰边缘轮廓进行替换,得到第二张火焰轮廓图片去除点火电极影响后火焰的火焰纹影图片。

2.根据权利要求1所述的层流火焰圆心与火焰传播半径的计算方法,其特征在于,所述步骤2具体为:步骤21:保证定容燃烧弹弹体条件不变的情况下,仅将点火电极围绕拍摄平面的几何中心进行旋转,使旋转后的点火电极位置与步骤1条件下点火电极位置相互呈90°夹角;

步骤22:并以步骤1所设定的初始实验条件,再次进行实验,并拍摄此条件下的火焰纹影图片;

步骤23:选取步骤22所获得的火焰纹影图片中与步骤1相同时刻的纹影图片;

步骤24:依据步骤23所获取的火焰纹影图片拍摄时刻,获取此拍摄时刻前后各N张相同拍摄间隔的火焰纹影图片,N=1,2,3…;

步骤25:将步骤23与步骤24获得的火焰纹影图片汇总,共计2*N+1张火焰纹影图片。

3.根据权利要求1所述的层流火焰圆心与火焰传播半径的计算方法,其特征在于,所述步骤4中确定火焰纹影图片的几何中心具体为:依据火焰纹影图片像素大小,获得火焰纹影图片上下左右最边界的四个端点,取四个端点连线形成的两条对角线交点为火焰纹影图片的几何中心。

4.根据权利要求1所述的层流火焰圆心与火焰传播半径的计算方法,其特征在于,所述步骤5具体为:步骤51:依据二维坐标系,将火焰纹影图片0°‑180°的火焰区域定义为区域一,将火焰纹影图片180°‑360°的火焰区域定义为区域二;

步骤52:取各张叠加图片在区域一内任意相邻点火电极所形成夹角的中线,该中线同时交区域一内的两个边缘轮廓于A0,B0像素点,交区域二内的两个边缘轮廓于C0,D0像素点;

步骤53:分别计算A0,B0像素点与C0,D0像素点到原点O的距离;

步骤54:根据百分比公式,计算得到区域一内OA0与OB0长度的百分比误差,以及区域二内OC0与OD0长度的百分比误差;

步骤55:以所述中线为基准,过原点O取步长为1度向顺时针方向与逆时针方向各作10次直线;

步骤56:取直线与两火焰边缘轮廓同时相交的时刻,记录像素点Am,Bm与Cm,Dm,m=‑

10,…,‑1,1,…10;

步骤57:计算步骤56中各角度下的边缘像素点到原点O长度的百分比误差;

步骤58:对步骤54和步骤57得到所有角度下的边缘点到原点长度的百分比误差求算数平均值;取算数平均值最小的火焰叠加图片视为最理想的火焰叠加图片。

5.根据权利要求1所述的层流火焰圆心与火焰传播半径的计算方法,其特征在于,所述步骤6具体为:步骤61:对第一张火焰轮廓图片和第二张火焰轮廓图片基于火焰纹影图片像素点原点再次建立初始二维坐标系;

步骤62:获取第一张火焰轮廓图片纵坐标上最大和最小的像素点E1与E2,及横坐标上最大和最小的像素点E3与E4,再获取点火电极正极与负极的端点F1与F2;

步骤63:经边缘最值点作四条与边缘轮廓相切的直线,四条直线相交与矩阵的四个端点,作矩阵的两条对角线交于几何中心G;连接点火电极正极与负极的端点F1与F2,端点连线的中点为点火电极中心H,再对G与H两端点作连线,连线中点M为初始火焰中心;

步骤64:过初始火焰中心M沿顺时针方向按固定角度为步长作直线,当直线与火焰边缘轮廓同时相交于Xi与Yi时,取其中点坐标Qi=(Xi+Yi)/2;

计算各修正半径测量中心Qi坐标和初始火焰中心M坐标的平均值,则得到初始圆心坐标(x0,y0):式中,n表示按固定角度为步长作出的直线的条数;

步骤65:基于步骤64所使用的计算公式,得到第一张火焰轮廓图片的火焰圆心坐标(x1,y1),以及第二张火焰轮廓图片的火焰圆心坐标(x2,y2)。