一种火焰旋转装置及火焰结构三维重构测量方法

本发明涉及燃烧诊断的火焰三维重构，尤其涉及一种火焰旋转装置及火焰结构三维重构测量方法。

背景技术：

1、化石燃料与可再生燃料燃烧产热在将来仍会是一次能源的主要来源，对燃烧形成火焰的形态与关键参量分布进行准确测量，是进行燃料燃烧状态评估、调节燃烧过程与发展燃烧理论模型的重要依据，因此，发展快速、便捷、非接触式火焰光学诊断方法对燃料清洁高效利用的有着重要意义。

2、相比于成熟的一维、二维火焰光学诊断方法，三维光学诊断能够提供更全面、丰富的火焰结构信息，在燃烧技术发展中发挥越来越重要的作用。基于火焰自发光技术诊断具有便捷、成本低的特性，现有已开发的基于自发光信号探测火焰三维重构技术大致可分为两类，一类是针对具有旋转轴对称特性的火焰，如平面火焰、同轴射流火焰及对冲火焰等，可以使用单台相机进行固定的单一角度采集火焰信号，将获得的沿光路投影积累光信号通过洋葱卷(onion-peeling)方法进行反演，获得实际火焰的对称轴截面上参量的二维分布，从而达到三维测量的目的；另一类是针对非旋转轴对称的任意形状火焰，需要使用多台相机，通常为9台及以上，或者使用单台相机配合多探头探测器，进行多角度自发光信号采集，将不同角度的信号通过计算机层析成像方法进行反演，获得真实火焰结构的三维特性，该类方法的硬件设备成本很高、复杂、且测量仪器占用较多的空间。综上，上述两类三维重构技术的应用范围均具有各自的局限性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种火焰旋转装置及火焰结构三维重构测量方法，旨在使用单台相机实现任意形状稳态火焰的三维重构，从而解决实际火焰在多角度拍摄时，需要多个相机或者多探头探测器的问题，从而达到大幅节约探测器硬件的目的。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种火焰旋转装置，包括旋转台，以及固定在所述旋转台顶端的射流燃烧器，所述射流燃烧器的顶端固定有与所述旋转台同轴的喷嘴，所述射流燃烧器的上方设置有可移动的遮挡片，将iccd相机的镜头下沿与所述喷嘴的下沿对齐。

3、在一些实施方式中，所述射流燃烧器通过紧固件与所述旋转台可拆卸连接。

4、在一些实施方式中，还包括防震台，所述防震台的上端面安装有两部升降台，每部所述升降台的上端均安装有水平移轴，所述旋转台安装在其中一部所述水平移轴的上端，所述iccd相机安装在另一部所述水平移轴的上端。

5、在一些实施方式中，所述射流燃烧器的顶部设置有疏松多孔的烧结金属喷口，所述喷嘴竖直贯穿所述烧结金属喷口，伴流空气接口和冷却水通路埋入所述烧结金属喷口。

6、在一些实施方式中，所述防震台、所述升降台、所述水平移轴、所述旋转台的台面，以及所述射流燃烧器的顶面均可调平。

7、在一些实施方式中，所述遮挡片与所述喷嘴之间的垂直距离为5mm。

8、在一些实施方式中，所述防震台、所述升降台、所述水平移轴、所述iccd相机自下而上依次可拆卸地连接固定。

9、在一些实施方式中，所述iccd相机的镜头前端可拆卸安装不同波长的窄带滤波片。

10、在一些实施方式中，所述旋转台的活动端标记有角刻度。

11、本发明第二方面提出一种火焰结构三维重构测量方法，应用于上述的火焰旋转装置，包括以下步骤：

12、调节所述遮挡片，令所述喷嘴喷射的射流火焰分割为两个分体火焰；

13、所述iccd相机分别在使用不同规格的滤波片，以及不使用滤波片的状态下试拍摄若干组照片，确定最佳信噪比拍摄参数；

14、驱动所述旋转台，并通过所述iccd相机实时采集所述射流火焰的多角度图像；

15、对所述多角度图像进行平均化和背景滤除操作，并导出标签图像文件；

16、将所述标签图像文件输入反演成像程序，反演成像生成三维可视化图像。

17、本发明的有益效果为：利用旋转台驱动射流燃烧器进行角度、速度可控的自旋运动，因此仅需一台iccd相机就能够获取同一簇火焰各个角度的图像，解决了非中心对称稳态火焰在多角度拍摄时，需要多个相机或者多探头探测器的问题，从而达到大幅节约探测器硬件的目的。

技术特征：

1.一种火焰旋转装置，其特征在于，包括旋转台，以及固定在所述旋转台顶端的射流燃烧器，所述射流燃烧器的顶端固定有与所述旋转台同轴的喷嘴，所述射流燃烧器的上方设置有可移动的遮挡片，将iccd相机的镜头下沿与所述喷嘴的下沿对齐。

2.如权利要求1所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述射流燃烧器通过紧固件与所述旋转台可拆卸连接。

3.如权利要求1所述的火焰旋转装置，其特征在于，还包括防震台，所述防震台的上端面安装有两部升降台，每部所述升降台的上端均安装有水平移轴，所述旋转台安装在其中一部所述水平移轴的上端，所述iccd相机安装在另一部所述水平移轴的上端。

4.如权利要求1所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述射流燃烧器的顶部设置有疏松多孔的烧结金属喷口，所述喷嘴竖直贯穿所述烧结金属喷口，伴流空气接口和冷却水通路埋入所述烧结金属喷口。

5.如权利要求3所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述防震台、所述升降台、所述水平移轴、所述旋转台的台面，以及所述射流燃烧器的顶面均可调平。

6.如权利要求1所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述遮挡片与所述喷嘴之间的垂直距离为5mm。

7.如权利要求3所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述防震台、所述升降台、所述水平移轴、所述iccd相机自下而上依次可拆卸地连接固定。

8.如权利要求1所述的火焰旋转装置及图像采集器，其特征在于，所述iccd相机的镜头前端可拆卸安装不同波长的窄带滤波片。

9.如权利要求1所述的火焰旋转装置，其特征在于，所述旋转台的活动端标记有角刻度。

10.一种火焰结构三维重构测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的火焰旋转装置，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种火焰旋转装置及火焰结构三维重构测量方法，该方法包括可旋转的射流燃烧器，以实现非对称稳定火焰对象旋转，固定位置的ICCD相机相对于可旋转火焰获得任意角度、高分辨率特征波长下的自发辐射投影图像，以及根据不同角度下火焰图像层析成像、三维重构测量方法。本发明的有益效果是：利用旋转台驱动射流燃烧器进行角度、速度可控的自旋运动，因此仅需一台ICCD相机就能够获取同一簇火焰各个角度的图像，解决了非中心对称稳态火焰在多角度拍摄时，需要多个相机或者多探头探测器的问题，从而达到大幅节约探测器硬件的目的。

技术研发人员：蒋利桥,吴雨轩,苏海航
受保护的技术使用者：中国科学院广州能源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14