[发明专利]一种提取离心式喷嘴锥形液膜流动特性参数的方法

说明书

本发明公开了一种提取离心式喷嘴锥形液膜流动特性参数的方法，本发明基于MATLAB的图像处理方法，对实验所得锥形液膜流动图像进行处理和计算，主要分为实验图像的获得与处理、特定位置的标记与选定、液膜灰度值曲线的提取三个主要部分。实验图像主要通过高速相机拍摄提取，特定位置的标记是通过读取灰度图像，手动选取液膜流动参数的特定坐标点，通过相应得到计算方法，可得到需要提取的破碎长度、流动速度、喷雾锥角、表面波波长、振幅等液膜流动特性参数。液膜灰度值曲线的提取是通过将得到的实验原始图像导入，将像素点的灰度值作为横坐标，纵向位置为纵坐标，以此表示液膜厚度随纵向位置的变化。

技术领域

本发明基于MATLAB的图像处理方法，实现了对离心式喷嘴锥形液膜流动图像的特征识别与特定参数的提取。本发明属于实验流体力学数据处理领域。

背景技术

喷嘴技术在民用和工业领域应用广泛，如工业中的喷雾干燥、喷雾除尘，农业中的喷淋浇灌，医学中的喷雾剂，汽车行业中的高压喷射汽油机，以及航空航天领域的高性能发动机。

离心式喷嘴是目前市场上应用最广泛、最基本的一类压力雾化喷嘴。它的工作原理一般如下，液体介质在一定的压力下，通过切向孔(或旋流槽)进入旋流室，并在其中做旋转运动，同时以一定的轴向速度向喷口方向推进，临近喷口时受旋流室壁面限制而收缩，旋转液膜从较小的等直段旋转着向外喷出。液膜靠离心力作用成锥形散开，在与空气的相对作用下液膜的表面发生扰动，形成表面波并最终破碎成液带，液带在表面张力的作用下进一步收缩聚集化为雾滴。

因此，锥形液膜的流动与破碎特性决定了喷嘴下游的雾化特性，液膜破碎长度、喷雾锥角、液膜流动速度、表面波的扰动振幅频率等都是影响雾化特性的关键参数。然而，使用传统方法对这些关键参数进行提取确定存在一定困难，因此有必要采用更为简单图像处理手段对实验图像进行处理分析。本发明采用MATLAB的图像处理方法对锥形液膜的流动图像进行特征识别，能够提取锥形液膜流动及破碎过程中的任意特性参数。

发明内容

本发明基于MATLAB的图像识别和处理算法，对于实验所得锥形液膜流动图像进行处理和计算，主要分为实验图像的获得与处理、特定位置的标记与选定、液膜灰度值曲线的提取三个主要部分。可实现提取锥形液膜流动及破碎过程的特定参数，并获得液膜图像灰度值曲线。

本发明所述提取离心式喷嘴锥形液膜流动特性参数的方法主要包括以下步骤：

1)实验图像的获得与处理：使用(veo410L，Phantom，America)高速相机采集离心式喷嘴的锥形液膜流动的视频，并将视频存储为MP4格式。之后使用MATLAB软件读取该视频，手动输入Fr(每隔Fr帧取三张图片)的数值。得到所需要的图像，并将图像转换为PNG格式。

2)特定位置的标记与选定：根据实验情况，手动输入nk(每个像素点的长度，单位为mm)、t(两帧之间的时间间隔，单位为s)、n(特定参数的提取次数)的数值。读取需要的实验图像并转化为灰度图像，手动选取喷口位置与液膜破碎位置的坐标点，经过像素坐标差值计算可得到液膜破碎长度；选取需要实验图像中任意波结构的左上与右下的坐标点，通过相应计算得到特定波结构的中心点坐标，同时打开下一帧的灰度图像，使用相同的方法得到相同波结构的中心点坐标，取两中心坐标像素点差值并除以两帧之间的时间间隔t，得到表面波的流动速度；选取实验图像中需要取值的范围，通过选取两点坐标位置可确定与喷雾半锥角倾斜角度相同的斜线，计算可得喷雾锥角的大小。选取需要的实验图像，将灰度值图像转换为二值图像，并提取边界线，从边界线选取两点坐标可以得到表面波任意位置波长；选取需要的实验图像，通过选取表面波波峰与波谷的位置坐标，通过相应计算可确定表面波振幅。最后，将上述所得破碎长度、流动速度、喷雾锥角、表面波波长、振幅取平均值，可得所需结果。

3)液膜灰度值曲线的提取：选择需要的实验图像，提取了灰度值关于纵坐标位置的图线，可以表示液膜厚度的变化。

附图说明