声波影响燃烧及燃烧火焰特性的研究

论文摘要

燃烧会对声波有一定的影响,同样声音也会影响燃烧的稳定性,在声场中燃烧的物质其火焰在有无声波作用下的特性必然会发生变化,这是一个值得研究的内容。文章第一部分首先从理论分析了声波在空气介质中的传播特性及声波作用下介质压力的变化情况,其次从燃烧的本质出发,分析了蜡烛及固体颗粒的燃烧特性。研究发现蜡烛是一种典型的空气型扩散火焰,在扩散火焰中,释热率是受燃烧反应速率所限制,当声波作用于空气型扩散火焰时,火焰自身的热释过程与声波发生耦合,使火焰周围出现大幅度的压力波动,影响扩散过程和混合过程。压力波动影响燃烧混合物的反应速率,可以使火焰面积发生变化,并且火焰高度也与压力有关。对于一般的扩散火焰,热区集中在外焰,热区的面积越大,则火焰的燃烧效率越高。因此可以通过研究声波作用下火焰内外焰面积及其高度、半径的变化来研究声波影响燃烧火焰的特性。文章第二部分给出了火焰图像处理的相关算法,主要包括图像变换、图像增强、图像分割等。首先给出了图像处理的思路及基本过程,采用空间域处理法,把图像看做平面中各个像索组成的集合,然后直接进行相应的处理。并就本研究中出现的火焰图像闪烁情况提出了处理方法,基于加权平均去噪的办法,尽可能消除火焰图像重影的问题,去除火焰图像中的噪声。并且得到了较纯净的燃烧火焰图像,以此为基础,采用k-cluster方法对图像进行分割,分割效果理想。并在最后给出了火焰几何特征参数的定义,是实验中火焰特征参数的提取的基础。文章最后一部分是声波作用下燃烧特征实验研究,搭建了燃烧实验平台并进行了相关试验。利用摄像机记录不同频率和不同声压级声波激励下火焰燃烧特征图像,提取火焰特征参数,分析获得了火焰特征参数随声波频率和声压级的变化规律。并且,研究了不同声波参数下火焰特性及固体香棒燃烧特性的变化规律。研究发现,当声波与热释放率的耦合恰好使得火焰的反应速率增加,那么就会使得火焰的热区面积增大,从实验中也得知,随着声压级的增加,火焰的即热区面积在增加,说明声压影响火焰周围压力,使得火焰扩散速率增加从而燃烧效率增加,宏观上表现出外焰的总面积增加。因此,声波的作用使得火焰的热释放率变化,从而使得反应速率增加,所以声波能促进火焰的燃烧效率。本文的研究数据和结果可为进一步研究声波激励下燃烧机理提供参考。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 声波助燃理论的发展概况

1.3 数字图像技术的应用和发展

第2章声波对火焰的影响

2.1 引言

2.2 声波的基本性质

2.2.1 声压的基本概念

2.2.2 声波波动方程及其解

2.2.3 声波传播过程中的能量

2.2.4 声压级与声强级的关系

2.3 声音对火焰的影响

2.3.1 火焰的分类

2.3.2 蜡烛的燃烧过程

2.3.3 炭固体颗粒的燃烧

2.3.4 声波对扩散火焰的影响

2.4 本章小结

第3章火焰图像特征提取

3.1 火焰图像的预处理

3.1.1 火焰图像处理技术

3.1.2 火焰图像去噪处理

3.1.3 火焰图像分割处理

3.2 火焰几何形状特征参数

3.3 本章小结

第4章声波作用下燃烧特征实验研究

4.1 实验装置与实验步骤

4.2 声波作用下燃烧火焰图像处理

4.2.1 火焰图像分割

4.2.2 火焰图像特征参数结果

4.3 声波作用下香烛燃烧效率试验研究

4.3.1 声波频率对香棒燃烧特性实验结果分析

4.3.2 声压级对香棒燃烧特性实验结果分析

4.4 本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏珠萍

导师: 姜根山

关键词: 声波助燃,声传播,声能量,燃烧效率,火焰图像,图像分割

来源: 华北电力大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,动力工程

单位: 华北电力大学

分类号: TK16;O422

总页数: 73

文件大小: 3804K

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