摘 要

在内燃机的工作过程中，燃料的喷射、蒸发、雾化和油气混合对内燃机的燃烧和排放具有重要影响。本文基于MATLAB对高压喷雾定容燃烧弹图像进行后处理，提取其喷雾贯穿距离和喷雾锥角以便于对喷雾进行定量分析。

本文对两种不同环境下的喷雾图像的处理过程分别展开分析和讨论。常温常压下的处理中，在背景减除方面，在简单的做差基础上加入了背景图灰度值的分析；图像增强方面，分析了空域增强和空域滤波相结合的方法；图像分割方面，采用了最大类间方差法与二值法相结合的方法；边界提取方面，经分析采用任意方向梯度下表现良好的形态学边界提取。高温高压下图像处理中，考虑了图像不均匀的特点，用帧间差分法进行背景减除，并用待测点及其邻域灰度值综合判断此点是否属于前景区域。最后，用定义进行参数提取。

经过验证，本文在常温常压环境下的处理与实际较为符合，但高温高压下图像处理还有待进一步完善。

关键词：喷雾特性，MATLAB，图像后处理

Abstract

During the operation of the internal combustion engine, fuel injection, evaporation, atomization, and oil-gas mixture have an important impact on the combustion and emissions of the internal combustion engine. In this paper, based on MATLAB, the post-processing of the high-pressure spray constant volume incendiary bomb image is performed, and the spray penetration distance and spray cone angle are extracted to facilitate quantitative analysis of the spray.

This article analyzes and discusses the processing of spray images in two different environments. In the processing under normal temperature and pressure, in the background subtraction, the analysis of the gray value of the background image is added on the basis of simple difference; for the image enhancement, the method of combining the spatial enhancement and the spatial filtering is analyzed; the image segmentation , The method of combining the maximum between-class variance method and the binary method is adopted; for the boundary extraction, the morphological boundary extraction with good performance under any direction gradient is analyzed. In the image processing under high temperature and high pressure, the characteristics of image unevenness are considered, the background difference is subtracted by the inter-frame difference method, and the gray value of the point to be measured and its neighborhood are used to comprehensively determine whether this point belongs to the foreground area. Finally, use the definition to extract the parameters.

After verification, this article's processing under normal temperature and pressure environment is more in line with reality, but the image processing under high temperature and high pressure needs to be further improved.

Keywords: Spray characteristics;MATLAB;Image post-processing

目 录

第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.1.1 能源问题与排放法规1

1.1.2 柴油-天然气双燃料发动机1

1.2 图像处理和MATLAB2

1.3 国内外研究现状3

1.4 课题研究内容4

第2章 喷雾可视化5

2.1 喷雾过程概述5

2.1 纹影仪测量原理6

2.3 纹影仪分类6

2.3.1 锥形光纹影仪6

2.3.2 平行光纹影仪7

第3章 常温常压下图像处理10

3.1 图像读取和写入10

3.2背景减除11

3.3 图像增强12

3.4 图像分割14

3.5 边缘提取15

3.6 喷雾特性参数提取17

3.6.1 柴油喷雾贯穿距17

3.6.2 柴油喷雾锥角17

3.6.3 天然气喷雾贯穿距离18

3.6.4 天然气喷雾锥角18

第4章 高温高压下图像处理19

4.1 前景区域预提取19

4.2 轮廓细提取20

4.3 边缘提取21

4.4 喷雾特性参数提取21

第5章 总结与展望23

5.1 总结23

5.2 展望23

参考文献24

致谢25

绪论

1.1研究背景

1.1.1 能源问题与排放法规

人类使用化石能源已经有一千多年的历史，据史书记载，化石燃料作为能源登上中国的历史舞台最早起源于公元三世纪。自从第一次工业革命以来，煤和石油等传统的化石能源得到大规模的开采与使用，目前它们在世界能源使用中仍然独占鳌头。但是，由于传统化石燃料的过度开采与它们本身所具有的不可再生性，近年来，社会上对其目前具有的储量频频亮起红灯，尤其是石油，前景更为严峻。虽然目前石油的供需水平基本上仍然保持着对等的状态，但在世界范围内需求量仍然略微超过供给量，并且需求量的增长率虽然较为温和，但也远远超过供给量的增长率。中国作为一个贫油的国家，原油的生产率连年呈现减少的趋势，与之相对应，石油进口的增长率飞速上涨，使中国成为世界范围内增势最迅猛的国家。

石油的使用不仅面临着量的问题，也面临着环境污染的考验。为了防治石油燃烧对环境造成的危害，近些年我国不断出台新的排放法规，对其燃烧产生的污染物设立一道不可逾越的门槛。原预计于2020年7月份实施的国六a标准以其要求之高近乎苛刻而受到广泛的关注，它不仅按照以往的惯例参照欧洲的排放标准，还结合中国的实际情况以及参考美国的标准制定，并设置了一过渡标准增加适应性。其中，CO（一氧化碳）排放指数由国四到国五的基本持平提出了更高要求，进行新一轮下降,到国六b实施时会比国五标准降低一半。在HC（碳氢化合物）和NO_x（氮氧化物）排放要求上，国六a与国五持平，到国六b标准时也有接近一半的缩减。由于国家对细颗粒物对空气污染的进一步重视，除国四标准新制定的PM（颗粒物）质量限制有大幅缩减以外，国六标准又新增了PM数量的限制。由于石油燃料面对着能源与排放两大拦路虎，继续以高增速使用石油的境况已难以为继。