一种化学反应流场的可视化解析方法及系统

本发明涉及流体力学领域，具体涉及一种化学反应流场的可视化解析方法及系统。

背景技术：

1、在高焓风洞、航空航天发动机等设备内，化学反应流场的可视化对于理解化学反应流场动力学有着重要意义。目前广为使用的化学反应流场可视化方法，通常是在目标场开设窗口，然后直接使用高速相机结合滤光片，对某一特定化学发光组分进行采集，如ch*，oh*等。

2、但是由于在高焓风洞、航空航天发动机等的流场中，往往含有大量高温的固体颗粒，会对气体组分辐射信号产生显著影响。如高焓风洞流场高温边界层对于壁面烧蚀产生的高温颗粒带来的灰体辐射；发动机燃烧场，未完全雾化热解的燃料带来的灰体辐射等，都会对气体组分辐射信号产生影响。因此受固体颗粒的影响，目前常用的化学反应流场可视化方法得到的图像因含有灰体辐射而不准确，从而无法正确反映目标流场的流动特性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种化学反应流场的可视化解析方法及系统，以解决现有技术中化学反应流场可视化图像中无法滤除灰体辐射的问题。

2、在本发明的第一个方面，提供一种化学反应流场的可视化解析方法，包括：

3、使用标准黑体炉，标定出rgb相机和高速相机在测量目标对应波长下的响应；

4、使用所述rgb相机和安装有测量目标对应波长滤光片的所述高速相机对目标化学反应流场进行图像采集；

5、根据所述rgb相机的响应和采集的目标化学反应流场的图像，拟合出所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线，结合所述高速相机在测量目标对应波长下的响应，得到测量目标对应波长处的理论灰体辐射图像，基于测量目标对应波长处的图像，通过光谱处理和数字图像处理，滤除目标化学反应流场中测量目标对应波长处的高温固体辐射干扰。

6、进一步地，所述测量目标包括燃烧中的化学发光组分和高温流动中的气体自发辐射组分。

7、进一步地，还包括标定响应的方法：

8、使用所述高速相机在测量目标对应波长下对所述标准黑体炉成像，使用所述rgb相机对所述标准黑体炉成像，其中所述rgb相机的三个通道对应于三个响应波长；

9、用所述rgb相机得到的图像的三个通道的像素值和所述高速相机得到的图像的像素值，分别除以标准灰体在对应波长下的辐射强度，以标定出所述rgb相机和所述高速相机在相应波长下的响应。

10、进一步地，所述拟合出所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线的过程为：

11、用所述rgb相机得到的图像的三个通道的像素值，除以所述rgb相机在相应波长下的响应，得到三个通道对应波长处的所述目标化学反应流场的灰体辐射强度；

12、使用得到的三个波长处的灰体辐射强度，拟合出所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线。

13、进一步地，所述拟合出所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线后，还包括：根据拟合的所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线，结合测量目标对应波长，得到测量目标对应波长处的辐射强度；

14、由测量目标对应波长处的辐射强度乘以所述高速相机在测量目标对应波长下的响应，得到所述目标化学反应流场在测量目标对应波长下的理论灰体辐射图像；

15、从高速相机所采集的测量目标对应波长下的图像中扣除理论灰体辐射图像，得到不含灰体辐射的目标流场图像。

16、进一步地，所述rgb相机和所述高速相机随所述目标化学反应流场的点火信号同步触发。

17、在本发明的第二个方面，提供一种基于上述化学反应流场的可视化解析方法的系统，包括：

18、目标化学反应流场，内部流场中生成有测量目标，包括燃烧中的化学发光组分或高温流动中的气体自发辐射组分；

19、rgb相机，通过光路采集所述目标化学反应流场内的图像；

20、高速相机，通过滤光片和所述rgb相同的光路采集所述目标化学反应流场内的图像；

21、标准黑体炉，辅助所述rgb相机和所述高速相机标定出所述rgb相机和所述高速相机在测量目标对应波长下的响应；

22、图像拟合模块，连接所述rgb相机和所述高速相机，基于所述rgb相机在相应波长下的响应，拟合出所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线；

23、图像处理模块，连接所述图像拟合模块，根据拟合的所述目标化学反应流场的灰体辐射曲线，得到测量目标对应波长处的辐射强度，对高速相机所采集的测量目标对应波长下的图像进行图像处理，得到不含灰体辐射的目标化学反应流场中测量目标对应波长下的图像。

24、进一步地，所述rgb相机的三个通道的响应波长为450、550和650nm，只透过灰体辐射信号。

25、进一步地，所述rgb相机和所述高速相机的采集频率均为1khz，曝光时间均为1ms。

26、进一步地，所述目标化学反应流场是风洞或航空航天发动机。

27、本发明和现有技术相比具有如下有益效果：本发明中通过采用rgb相机对标准黑体炉成像，能够标定出rgb相机在其三通道响应波长处的响应，结合目标化学反应流场的采集图像，可以拟合出目标化学反应流场的灰体辐射曲线，结合高速相机在测量目标对应波长下的响应，能够得到测量目标对应波长处的理论灰体辐射图像，基于测量目标对应波长处的图像，通过光谱处理和数字图像处理，实现对于高速相机采集测量目标对应波长辐射中灰体辐射干扰的过滤。

技术特征：

1.一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种化学反应流场的可视化解析方法，其特征在于，

7.一种基于权利要求1-6任一项所述化学反应流场的可视化解析方法的系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

技术总结
本发明提供了一种化学反应流场的可视化解析方法及系统，方法包括：用标准黑体炉标定出RGB相机和高速相机在测量目标对应波长下的响应；用RGB相机和安装有测量目标对应波长滤光片的高速相机对目标化学反应流场进行图像采集；根据RGB相机的响应和采集的目标化学反应流场的图像，拟合出目标化学反应流场的灰体辐射曲线，结合高速相机在测量目标对应波长下的响应，得到测量目标对应波长处的理论灰体辐射图像，基于测量目标对应波长处的图像，通过光谱处理和数字图像处理，滤除目标化学反应流场中测量目标对应波长处的高温固体辐射干扰。本发明还提供了基于上述方法的系统，解决了现有技术中化学反应流场可视化图像中无法滤除灰体辐射的问题。

技术研发人员：林鑫,罗家枭,杨俊娜,吴杰,王泽众,李飞,余西龙
受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14