基于MATLAB的喷雾图像测量系统的研究
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运行优化的喷雾液滴测量程序，对各种分块进行测量，结果说明:测量结果与人工读取结果相差不大，分布曲线趋势相同，都是在14微米处到达峰值，说明小颗粒的液滴居绝对多数，但要注意的是分块不能太小。
运用喷雾油束测量程序，对程序的测量误差范围进行测试。结果说明选择合适的闭值系数能够使测量误差在5%以内，尤其是贯穿距离的测量结果，其误差范围能够控制在1%以内，这充分证明了本程序的可行性和可靠性。最后还对二甲醚/柴油混合燃料〔D20)的喷雾油束图像进行了实际测量。
scopeofresults of the spray penetration distance within 1%, which has fully proved the progrom isfeasible.Finally, the paper has carried on the spray imagemeasurement of the the dimethylether mixed with diesel oil (D20), which also obtains the same conclusion as othermeasurement methods.
According to the digital image processing technology, the paper uses the MATLABsoftware to make a program processing reseach on the measurement of spray images. It hasbeen mainly used the digital image processing theory in programming process such as thatimage type conversion, histogram, image enhancement, image segmentation, mathematicalmorphology, binary image processing theory and so on. Meanwhile it also has been used theprogramming internal library functions of MATLAB image processing toolbox.
(1)喷射波模型
(2)Ohnesorge提出了射流破裂与雷诺数Re有关的三种模式：
a)在低雷诺数下，射流破裂成几乎同样大小的球形液滴。
b)在中雷诺数下，射流的振动随空气阻力的增大而增大，直到振动使射流完全破裂所产生的液滴尺寸范围较大。
c)在高雷诺数下，射流在喷嘴出口附近破裂，雾化成大量的细小液滴。
(3)国内的一些学者还针对柴油机喷雾的特点，提出高速油柱的不稳定扰动波应采用三维高阶理论，通过推导柴油的弥散关系式，分析了高速油柱的雾化机理。另有一些专家通过分析低Weber数无粘射流撞击形成液膜雾化的特征，由质量守恒和动量守恒，推导出了Taylor心形波作用下计算液膜厚度和形状的近似解析式，这些理论模型数值计算的结果都与相应的实验数据基本吻合一致。可见理论模型对于雾化理论的研究具有极大的促进作用，它是雾化理论研究的重要方法。
本科学生毕业论文
论文题目：
基于MATLAB的喷雾图像测量系统的研究
学 院：
电工程
姓 名：
赵阳
学 号：
20116474
指导教师：
鲍东星
2014年4月20日
摘要
燃料的喷射和雾化特性影响发动机的动力性、经济性和排放性，研究燃料的喷雾特性对于提高发动机的性能具有重要意义。燃料的喷雾特性主要评价指标有:喷雾锥角、贯穿距离、喷雾液滴的尺寸、分布等。为了研究生物柴油、二甲醚/柴油混合燃料(D20)等柴油代用燃料的喷雾特性，需要研究较为高效、快捷的方法测量喷雾特性的各项指标数据。
The paper has achieved the measurements of the spraycone angle and the penetrationdistance of the fuel spray column through programming, and it realizes the programmeinterface design on the basis of the MATLAB/GUI software platform. In addition, the paperhas achieved the optimization design of spray droplet GUI interface procedure. Meanwhile, ithas sucessfully compiled the MATLAB program to run independently.
机械测量方法简单，大多数设备成本低廉，但测量精度不高。早期的机械测量方法包括:冷冻法、熔蜡法、沉降法和压痕法等。至今仍有较少单位采用的方法为压痕法和熔蜡法。
电子测量法是基于对液滴所产生电子脉冲的测量和分析，并将其转化成液滴尺寸的分布图谱。该方法属于统计方法，包括:电极法、导线法和热线法。其主要优点是易于计数，节省测量时间;共同的问题是:如果电极、导线或热线的安装数目少，则不能代表整个喷雾场的情况;但假设安装太多，则会对喷雾场形成干扰。
光学测量方法能够进行无接触式测量，因而不会对喷雾场形成干扰。它从大类上可分为摄影法和非摄影法。摄影法包括闪光摄影法、激光全息摄影法、以及高速摄影或高速摄像法等;非摄影法均是以激光作为入射光源，包括激光多普勒法、干预条纹光谱法、散射光强比法、多源散射光法和马尔文法等。所有的摄影法都要在喷雾实验开始之前拍摄标准丝照片，以便比较判读液滴粒子的直径。高速摄影或高速摄像法还能够测量液滴的速度分布。非摄影法能够在喷雾的同时，精确测量液滴的尺寸分布，激光多普勒法和干预条纹光谱法还能同时测量粒子的速度分布，与电脑相连，实时得到测量结果，测量的准确度和效率均大为提高。
燃料的雾化研究是燃烧技术中最为关键的一环。在发动机燃烧室中，燃料雾化的好坏直接影响混合气的形成质量，影响发动机的经济性、动力性和排放水平。长期以来，雾化的研究一直是燃烧技术研究的难点，喷雾特性研究相当活跃，国内外的许多学者投入了相当大的热情和精力，也取得了一定的成果。
1.1.1
喷雾的数学物理研究主要集中在运用研究范畴—喷雾特性的理论预测，而喷雾的机理研究属于基础研究领域，也是一个重要的方面。总结目前的研究结果，对雾化机理的数学物理模型主要有以下几个方面。
Keywords
Image processing；MATLAB；Spraycharacteristics；Spray penetration distance；Spray cone angle
前言
喷射与雾化作为机械学的分支之一受到国内外的普遍重视，它正成为一个国际性的研究领域。外国许多著名国际学术期刊是专门或部分刊登喷雾方面的论文，许多一流大学的机械工程系都在从事喷雾方面的基础研究和应用研究工作。但是，我国在喷雾领域的研究与世界先进水平尚有差距。可以说，喷雾学在我国的发展是关系到机械学这门经典学科能否注入新鲜血液与活力、实现可持续发展的重要因素之一。
Using the measurement program of fuel spray column, the paper has tested the proceduremeasuring error scope. The measurement result indicates that the appropriate threshold valuecoefficient can make the measuring error scope within 5% and especially the
The results which has measured a variety of sub-blocks running the spray dropletsmeasuring procedure optimized show that: measurement results are or less compared withthe results of artificial read, similar trend in the distribution curve, and are both peak at the 14microns, which indicated the small particles drop occupying an absolute majority, but itshould be noted that sub-block can not be too small.
第一章
1.1
在研究喷雾时，可以从几何形状和雾化质量两个方面来描述油束特性。喷雾油束的几何形状主要包括喷雾油束的贯穿距离L(又称贯穿度)，和喷雾锥角θ。贯穿距离是指某一瞬间油束顶端与喷孔之间的距离。喷雾锥角则没有统一的定义，本文主要采用Naber提出的整体油束锥角(如图1.1):某时刻，从喷嘴出口发出的两条射线与喷雾油束一半贯穿距离(L/2 )长度位置处喷雾宽度边缘的连线之间的夹角。为了减小局部外表波动对总喷雾锥角的随机影响，可在一半贯穿度位置处上下各5mm的地方再测量两个喷雾宽度，对三者进行线性平均作为整体油束锥角计算时喷雾油束的宽度值。还有以喷雾油束的最宽处的油束宽度作为计算油束锥角的宽度值等多种定义方法。、
关键词
关键词图像处理；MATLAB；喷雾特性；贯穿距离；喷雾锥角
Abstract
Characteristics of the fuel injection and spray affect the power, economy and emissionsof engine. And the research of fuel spray characteristics are considerably important for theengine to enhance its performances. The main evaluating indicators of fuel spraycharacteristics include: spray cone angle, penetration distance, drops diameter size,distribution and so on. In order to study the spray characteristics of diesel alternate fuels suchas the biodiesel, the dimethyl ether mixed with diesel oil (D20) and so on, it's necessary tostudy a highly effective, fast and convenient method to measure each index of spraycharacteristics.
本文基于MATLAB软件平台对拍摄所得的喷雾图像的测量进行了编程处理研究。编程过程主要运用的数字图像处理理论有:图像类型转换、灰度直方图、图像增强、图像分割、数学形态学、二值图像处理等。并且使用了MATLAB图像处理工具箱的内部库函数进行编程。
本文编程实现了对喷雾油束的喷雾锥角、贯穿距离的测量，在MATLAB/GUI平台上实现了程序的界面化设计;完善了对喷雾液滴处理程序的GUI界面程序的优化设计;并编译成了可独立运行的执行程序。
1.1.2
代用燃料在柴油机上应用的首要问题是掺混比的优化和燃烧的组织。发动机燃烧优劣主要取决于混合燃料的雾化质量。喷雾场中液滴的大小和数量是评价雾化质量以及雾化特性的重要途径。因此，如何测量喷雾场中液滴的大小和数量成为国内外众多学者研究的焦点。
为了获得雾化质量评价的直接证据及验证液滴尺寸分布函数，需要进行喷雾试验以测量雾化液滴的直径。测量方法有许多，主要分为三类，即机械测量方法、电子测量方法和光学测量方法。
运用喷雾油束测量程序，对程序的测量误差范围进行测试。结果说明选择合适的闭值系数能够使测量误差在5%以内，尤其是贯穿距离的测量结果，其误差范围能够控制在1%以内，这充分证明了本程序的可行性和可靠性。最后还对二甲醚/柴油混合燃料〔D20)的喷雾油束图像进行了实际测量。
scopeofresults of the spray penetration distance within 1%, which has fully proved the progrom isfeasible.Finally, the paper has carried on the spray imagemeasurement of the the dimethylether mixed with diesel oil (D20), which also obtains the same conclusion as othermeasurement methods.
According to the digital image processing technology, the paper uses the MATLABsoftware to make a program processing reseach on the measurement of spray images. It hasbeen mainly used the digital image processing theory in programming process such as thatimage type conversion, histogram, image enhancement, image segmentation, mathematicalmorphology, binary image processing theory and so on. Meanwhile it also has been used theprogramming internal library functions of MATLAB image processing toolbox.
(1)喷射波模型
(2)Ohnesorge提出了射流破裂与雷诺数Re有关的三种模式：
a)在低雷诺数下，射流破裂成几乎同样大小的球形液滴。
b)在中雷诺数下，射流的振动随空气阻力的增大而增大，直到振动使射流完全破裂所产生的液滴尺寸范围较大。
c)在高雷诺数下，射流在喷嘴出口附近破裂，雾化成大量的细小液滴。
(3)国内的一些学者还针对柴油机喷雾的特点，提出高速油柱的不稳定扰动波应采用三维高阶理论，通过推导柴油的弥散关系式，分析了高速油柱的雾化机理。另有一些专家通过分析低Weber数无粘射流撞击形成液膜雾化的特征，由质量守恒和动量守恒，推导出了Taylor心形波作用下计算液膜厚度和形状的近似解析式，这些理论模型数值计算的结果都与相应的实验数据基本吻合一致。可见理论模型对于雾化理论的研究具有极大的促进作用，它是雾化理论研究的重要方法。
本科学生毕业论文
论文题目：
基于MATLAB的喷雾图像测量系统的研究
学 院：
电工程
姓 名：
赵阳
学 号：
20116474
指导教师：
鲍东星
2014年4月20日
摘要
燃料的喷射和雾化特性影响发动机的动力性、经济性和排放性，研究燃料的喷雾特性对于提高发动机的性能具有重要意义。燃料的喷雾特性主要评价指标有:喷雾锥角、贯穿距离、喷雾液滴的尺寸、分布等。为了研究生物柴油、二甲醚/柴油混合燃料(D20)等柴油代用燃料的喷雾特性，需要研究较为高效、快捷的方法测量喷雾特性的各项指标数据。
The paper has achieved the measurements of the spraycone angle and the penetrationdistance of the fuel spray column through programming, and it realizes the programmeinterface design on the basis of the MATLAB/GUI software platform. In addition, the paperhas achieved the optimization design of spray droplet GUI interface procedure. Meanwhile, ithas sucessfully compiled the MATLAB program to run independently.
机械测量方法简单，大多数设备成本低廉，但测量精度不高。早期的机械测量方法包括:冷冻法、熔蜡法、沉降法和压痕法等。至今仍有较少单位采用的方法为压痕法和熔蜡法。
电子测量法是基于对液滴所产生电子脉冲的测量和分析，并将其转化成液滴尺寸的分布图谱。该方法属于统计方法，包括:电极法、导线法和热线法。其主要优点是易于计数，节省测量时间;共同的问题是:如果电极、导线或热线的安装数目少，则不能代表整个喷雾场的情况;但假设安装太多，则会对喷雾场形成干扰。
光学测量方法能够进行无接触式测量，因而不会对喷雾场形成干扰。它从大类上可分为摄影法和非摄影法。摄影法包括闪光摄影法、激光全息摄影法、以及高速摄影或高速摄像法等;非摄影法均是以激光作为入射光源，包括激光多普勒法、干预条纹光谱法、散射光强比法、多源散射光法和马尔文法等。所有的摄影法都要在喷雾实验开始之前拍摄标准丝照片，以便比较判读液滴粒子的直径。高速摄影或高速摄像法还能够测量液滴的速度分布。非摄影法能够在喷雾的同时，精确测量液滴的尺寸分布，激光多普勒法和干预条纹光谱法还能同时测量粒子的速度分布，与电脑相连，实时得到测量结果，测量的准确度和效率均大为提高。
燃料的雾化研究是燃烧技术中最为关键的一环。在发动机燃烧室中，燃料雾化的好坏直接影响混合气的形成质量，影响发动机的经济性、动力性和排放水平。长期以来，雾化的研究一直是燃烧技术研究的难点，喷雾特性研究相当活跃，国内外的许多学者投入了相当大的热情和精力，也取得了一定的成果。
1.1.1
喷雾的数学物理研究主要集中在运用研究范畴—喷雾特性的理论预测，而喷雾的机理研究属于基础研究领域，也是一个重要的方面。总结目前的研究结果，对雾化机理的数学物理模型主要有以下几个方面。
Keywords
Image processing；MATLAB；Spraycharacteristics；Spray penetration distance；Spray cone angle
前言
喷射与雾化作为机械学的分支之一受到国内外的普遍重视，它正成为一个国际性的研究领域。外国许多著名国际学术期刊是专门或部分刊登喷雾方面的论文，许多一流大学的机械工程系都在从事喷雾方面的基础研究和应用研究工作。但是，我国在喷雾领域的研究与世界先进水平尚有差距。可以说，喷雾学在我国的发展是关系到机械学这门经典学科能否注入新鲜血液与活力、实现可持续发展的重要因素之一。
Using the measurement program of fuel spray column, the paper has tested the proceduremeasuring error scope. The measurement result indicates that the appropriate threshold valuecoefficient can make the measuring error scope within 5% and especially the
The results which has measured a variety of sub-blocks running the spray dropletsmeasuring procedure optimized show that: measurement results are or less compared withthe results of artificial read, similar trend in the distribution curve, and are both peak at the 14microns, which indicated the small particles drop occupying an absolute majority, but itshould be noted that sub-block can not be too small.
第一章
1.1
在研究喷雾时，可以从几何形状和雾化质量两个方面来描述油束特性。喷雾油束的几何形状主要包括喷雾油束的贯穿距离L(又称贯穿度)，和喷雾锥角θ。贯穿距离是指某一瞬间油束顶端与喷孔之间的距离。喷雾锥角则没有统一的定义，本文主要采用Naber提出的整体油束锥角(如图1.1):某时刻，从喷嘴出口发出的两条射线与喷雾油束一半贯穿距离(L/2 )长度位置处喷雾宽度边缘的连线之间的夹角。为了减小局部外表波动对总喷雾锥角的随机影响，可在一半贯穿度位置处上下各5mm的地方再测量两个喷雾宽度，对三者进行线性平均作为整体油束锥角计算时喷雾油束的宽度值。还有以喷雾油束的最宽处的油束宽度作为计算油束锥角的宽度值等多种定义方法。、
关键词
关键词图像处理；MATLAB；喷雾特性；贯穿距离；喷雾锥角
Abstract
Characteristics of the fuel injection and spray affect the power, economy and emissionsof engine. And the research of fuel spray characteristics are considerably important for theengine to enhance its performances. The main evaluating indicators of fuel spraycharacteristics include: spray cone angle, penetration distance, drops diameter size,distribution and so on. In order to study the spray characteristics of diesel alternate fuels suchas the biodiesel, the dimethyl ether mixed with diesel oil (D20) and so on, it's necessary tostudy a highly effective, fast and convenient method to measure each index of spraycharacteristics.
本文基于MATLAB软件平台对拍摄所得的喷雾图像的测量进行了编程处理研究。编程过程主要运用的数字图像处理理论有:图像类型转换、灰度直方图、图像增强、图像分割、数学形态学、二值图像处理等。并且使用了MATLAB图像处理工具箱的内部库函数进行编程。
本文编程实现了对喷雾油束的喷雾锥角、贯穿距离的测量，在MATLAB/GUI平台上实现了程序的界面化设计;完善了对喷雾液滴处理程序的GUI界面程序的优化设计;并编译成了可独立运行的执行程序。
1.1.2
代用燃料在柴油机上应用的首要问题是掺混比的优化和燃烧的组织。发动机燃烧优劣主要取决于混合燃料的雾化质量。喷雾场中液滴的大小和数量是评价雾化质量以及雾化特性的重要途径。因此，如何测量喷雾场中液滴的大小和数量成为国内外众多学者研究的焦点。
为了获得雾化质量评价的直接证据及验证液滴尺寸分布函数，需要进行喷雾试验以测量雾化液滴的直径。测量方法有许多，主要分为三类，即机械测量方法、电子测量方法和光学测量方法。