摘 要

我国快速发展的汽车工业显现出一系列问题如：资源紧缺，环境污染等问题。解决这些问题与发动机燃料燃烧有直接的关联，而发动机燃料燃烧又与燃油雾化质量有很大的关系，因此研究发动机喷雾情况有助于提高发动机动力性和经济性，有助于解决环境污染等问题。燃油雾化质量可用特性参数来衡量。在以往的研究中，通常采用人工测量特性参数，或者不对喷雾图像进行处理，这样浪费大量人力物力。本文基于MATLAB设计程序能够直接测量特性参数中的贯穿距离和喷雾锥角，为后续研究雾化研究提供数据。

本文结合实际应用，以乙醇水溶液为介质，实验系统结合定容弹和高速相机获得喷雾原始图像；然后利用图像处理技术对获得的喷雾原始图像进行处理，得到各步骤效果图。经处理效果对比，本文选则用对比度线性扩展提高图像对比度，二值化分割方法进行阙值分割、Sobel算子边缘检测处理图像；最后利用相关原理对喷雾锥角和贯穿距离进行测量并记录下实验数据。

本文设计程序直接测出了贯穿距离和喷雾锥角，数据精度较高，该方法与人工测量相比，能够极大地提高效率，保证数据的准确性。

关键词：MATLAB，喷雾特性，图像处理，喷雾锥角测量，贯穿距离测量

Abstract

there are a serious of problems with the rapid development of automobile industry，such as:resource scarcity，environmental pollution，etc.The solutions of these problemsare greatly have relationship with combustion of engine fuel,which is also related to the quality of fuel atomization. So it is helpful and necessary to research the engine spray conditions,so as to promote the power and economy of the engine,thus helping to solve the environmental pollution problems better. Characteristic parameters are available to qualify the rule atomization. And in previous studies，the characteristic parameters where always measured by manual measurement，and the spray image would be ignored,thus making plenty of manpower and material resources wasted. In this paper,according to the MATLAB design program,which can measure the penetration distance and sort cone angle of characteristic parameters directly to make a further development and provide some specific datasets for the following research on atomization.

In this paper, combined with practical application, using an aqueous ethanol solution as the medium, the experimental system combines a fixed volume bomb and a high-speed camera to obtain the original spray image; then the image processing technology is used to process the obtained original spray image to obtain the effect map of each step. After comparing the processing effects, this article chooses to use linear expansion of contrast to improve image contrast, binary segmentation method for threshold segmentation, and Sobel operator edge detection to process the image; finally, the correlation principle is used to measure and record the spray cone angle and penetration distance Experimental data.

The design program in this paper directly measures the penetration distance and spray cone angle, and the data accuracy is higher. Compared with manual measurement, this method can greatly improve the efficiency and ensure the accuracy of the data.

Key Words：MATLAB，Spray characteristics, Image processing, Spray angle

measurement, Penetration distance measuremen.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 喷雾研究概述 1

1.2 发动机喷雾特性参数的测量方法和研究现状 2

1.2.1 测量方法的基本原理 3

1.3.2 数字图像处理系统和主要研究内容 4

1.4 论文研究内容 4

1.4.1 研究目的和意义 4

1.4.2 论文的主要工作 4

1.5 本章小结 5

第2章 实验台架和喷雾图像的获取 6

2.1 实验台架的介绍 6

2.1.1 WCL纹影仪 7

2.1.2 定容弹装置 7

2.1.3 数字照相机 8

2.1.4 触发器的时序控制 8

2.2 喷雾图像的获取 9

2.2.1 喷雾实验过程 9

2.2.2 喷雾图像尺寸标定 9

2.3本章小结 9

第3章 发动机喷雾图像的处理 10

3.1 图像增强 10

3.1.1 直方图均衡化 11

3.1.2 对比度线性扩展 11

3.2 阙值分割 12

3.2.1均匀性度量法 13

3.2.2 最大类间方差法 13

3.2.3 迭代阙值分割 14

3.3 形态学处理 15

3.3.1 膨胀与腐蚀 15

3.3.2 开运算与闭运算 16

3.4 边缘检测 16

3.4.1 Roberts边缘检测算子 16

3.4.2 Sobel算子 17

3.5 本章小结 17

第4章 宏观特性参数的测量 18

4.1 喷雾宏观特性参数 18

4.1.1 贯穿距离 18

4.1.2 喷雾锥角 18

4.2 测量原理 19

4.3 喷雾锥角和贯穿距离的测量 19

4.4 本章小结 22

第5章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 未来工作展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 喷雾研究概述

近些年来，汽车工业受我国经济的不断发展推动而迅速发展，国内汽车保有量逐年增长，2019年,我国汽车保有量达到2.6亿。但是随着我国汽车工业的快速发展也带来了一系列问题如：能源问题日益突出，环境问题频频爆发等问题。解决这些问题就与燃料燃烧有很大的关联，而发动机燃油燃烧与气缸内燃油雾化和气体混合有很大关系，因此研究发动机喷雾情况对于汽车动力性、经济性和排放水平有重大影响。目前，缸内直喷技术，发动机柴油化等具有较高的燃烧效率在改善汽车尾气排放有较大的优势，而燃油雾化质量是传质传热分析的重要因素。

燃油雾化是燃烧技术的重要组成部分，喷雾是燃油通过喷油器进入气体中，并在介质中分散为小液滴的过程^[1]。而喷雾特性又与燃油雾化质量有很大的关系，研究喷雾特性参数为提高燃油雾化质量，提高发动机性能奠定了基础。喷雾特性可分为微观特性和宏观特性。宏观喷雾特性包括：贯穿距离、喷雾锥角、油束对称性等。微观特性包括：液滴尺寸分布、平均直径、特性直径等^[2]。喷雾锥角和贯穿距离是喷雾宏观特性的重要参数，这两个参数直接影响雾化质量水平和燃烧充分性，本文设计喷雾图像处理程序，主要测量这两个参数。喷雾特性分类如图1.1所示：