การศึกษาการเผาไหม้

นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1920 ปรากฏการณ์เคาะในเครื่องยนต์สันดาปภายในได้รับเรื่องของการศึกษาที่รุนแรง ทฤษฎีหลายคนที่มีความแตกต่างที่แตกต่างกันได้แสดงให้เห็นว่าผลเคาะจากความวุ่นวายและรูปทรงเรขาคณิตในห้องเผาไหม้ อุณหภูมิสูงและจุดระเบิดอัตโนมัติสามารถกระชับเคาะขึ้นอยู่กับส่วนผสมทางเคมี (อากาศ / น้ำมันเชื้อเพลิง) การศึกษากระบวนการเผาไหม้ที่มีความซับซ้อนเพราะมีตัวแปรมากมายที่ก่อให้เกิดนักวิทยาศาสตร์ที่จะใช้เครื่องมือในการวิจัยล่วงหน้ามากที่สุด .

ในอดีตที่ผ่านมานักวิจัยพบว่าบันทึกความกดดันในห้องเผาไหม้พบว่ามีการชั่วคราว (เคาะ) มีความสัมพันธ์กับเสียงโลหะคมที่เป็นที่รู้จักกันจะก่อให้เกิดความเสียหายต่อลูกสูบและค่านิยม แสดงทางด้านขวาถูกตัดออกไปจากห้องเผาไหม้แก้ไขด้วยลูกสูบที่โปร่งใสและหัวออปติคอล กระจกอยู่บนอุปกรณ์ติดตั้งติดตั้งที่ 45 องศาภายในลูกสูบเคลื่อนย้ายซึ่งมีพื้นที่โล่งอกภายในที่ช่วยให้ลูกสูบที่จะเดินทางโดยไม่ต้องตีกระจก ลูกสูบโปร่งใสให้มุมมองที่เต็มรูปแบบของห้องเผาไหม้ในระหว่างการเผาไหม้ ชิ้นแสงที่ด้านบนของถังเพื่อช่วยให้การส่องสว่างด้วยแสงเลเซอร์ YAG, ชีพจรคู่สำหรับการทำ Velocimetry อนุภาคภาพ (PIV) การตรวจวัดความเร็วด้านหน้าเปลวไฟ หัวมีเซ็นเซอร์ความดันที่ผลิตสัดส่วนสัญญาณความดันภายในห้อง สัญญาณนี้มักจะเป็นตัวอย่างทุกคนหรือครึ่งหนึ่งของการศึกษาระดับปริญญาของมุมเพลาข้อเหวี่ยง ข้อมูลตัวอย่างนี้เป็นพล็อตแล้วในแผนภาพของความดันกับมุมเพลาข้อเหวี่ยง พล็อตนี้เป็นที่รู้จักกันเป็นแผนภาพความดัน ตั้งแต่ด้านหน้าเปลวไฟที่แพร่กระจายด้วยความเร็วที่เหนือการเปิดโปงครั้งที่สั้นมาก (microseconds ลงไปนาโนวินาที) จะช่วยลดการเคลื่อนไหวเบลออย่างชัดเจนและภาพบนผนังของเปลวเพลิง นักวิทยาศาสตร์มักจะมีการถ่วงดุลอำนาจระหว่างการเปิดโปงครั้งที่สั้นกว่าเมื่อเทียบกับความไวกับพอสุ่มตัวอย่างของลำดับการเผาไหม้ (รอบการเผาไหม้เต็ม) ในการผลิตข้อมูลเพียงพอที่จะไปถึงข้อสรุป .

FASTCAM SA-X COMBUSTION วิเคราะห์ (ต่อ)


FASTCAM SA-X ได้ระบบไฟฟ้าประสานที่แม่นยำล็อคสัญญาณอินพุทซิงค์จากเข้ารหัสเพลาเครื่องยนต์ ความแปรปรวนที่พบจากวงจรการต่อวงจรกับเครื่องยนต์ไม่ได้เป็นปัญหาเพราะภาพจากกล้องที่มีซิงโครอย่างแท้จริงจับภาพได้อย่างแม่นยำที่เพลาอัตราตัวอย่างการเข้ารหัส ข้อผิดพลาดของการประสานจะน้อยกว่า +/- 18.5 นาโนวินาที! SA-X สามารถประสานได้อย่างง่ายดายด้วยความละเอียดเข้ารหัสเพลาสูงสุดใช้ในการศึกษาการเผาไหม้ได้ถึง 324,000 เฟรมต่อวินาทีในโหมดการบันทึกข้อมูลให้ตรงกัน เข้ารหัสทั่วไปเป็นอย่างน้อย 1/10 องศาหรือมากกว่าในความละเอียด [2] .

เข้ารหัส 10,000 เส้นสามารถขับรถ FASTCAM SA-X อัตราการบันทึกซิงโครการแบบครบวงจรที่ความละเอียดของภาพ 1024 x 1024 พิกเซล, 512 x 512 พิกเซล 30,000 เส้น 256 x 256 พิกเซลที่ 72,000 เส้นและที่ 324,000 เส้นความละเอียด 128 x 16 พิกเซลจะประสบความสำเร็จ นอกจากนี้ยังมีการบันทึกข้อมูลให้ตรงกันขั้นสูง FASTCAM SA-X มีความสามารถในการปรับแต่งจุดที่ภาพถูกจับ ความสามารถในการที่จะชะลอการอย่างใดอย่างหนึ่งสัญญาณทริกเกอร์และซิงค์สัญญาณในการเพิ่มขึ้น 100 นาโนวินาทีเป็นประวัติการณ์ในกล้องความเร็วสูง นี้ปรับช่วยให้นักวิจัยเพื่อปรับเคยดังนั้นเล็กน้อยเวลาที่กล้องจับภาพ หากคุณเคยปรับแสงแฟลชและสังเกตวิธีการที่คุณสามารถหยุดการเคลื่อนไหวเมื่ออยู่ในซิงค์นี้เป็นหลักเดียวกันยกเว้นคุณจะยังคงอยู่ในซิงค์และปรับจุดสังเกตผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "ใบซิงค์" นี้มีประโยชน์อย่างมากในการวิจัยที่กล้องความเร็วสูงที่ผ่านมาล้มเหลวในการจับภาพชั่วคราวเนื่องจากเวลาที่ได้รับไม่ได้ถูกตรงกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น ควบคุมเหล่านี้ยังมีวิธีการที่ง่ายกว่าการทำข้อมูลให้ตรงกันกับ YAG เลเซอร์ที่ใช้สำหรับการศึกษาการเผาไหม้ PIV จุดเริ่มต้นของการเปิดรับแสงสำหรับ FASTCAM SA-X ที่สามารถเคลื่อนย้ายภายในกรอบที่จะเป็นศูนย์กลางในจุดแสงสว่างสูงสุดจากเลเซอร์ที่แสดงด้านล่าง .

เน้นความ Mage ได้ถูกนำมาใช้สำหรับการศึกษาการขยายพันธุ์เปลวไฟเพราะในอดีตที่ผ่านมาเร็วที่สุดความเร็วสูงกล้องความเร็วชัตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ประมาณหนึ่งวินาทีและความเร็วด้านหน้าเปลวไฟได้อย่างรวดเร็วเกินกว่าที่จะจับภาพได้อย่างชัดเจน เน้นย้ำภาพยังถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความไวแสงตั้งแต่เวลาชัตเตอร์อย่างรวดเร็วจะช่วยลดปริมาณของเวลาเซ็นเซอร์ที่มีการเก็บแสง เน้นย้ำภาพที่ได้รับประโยชน์ แต่อายุการใช้งานของพวกเขาจะถูก จำกัด และพวกเขาสามารถได้รับความเสียหายได้อย่างง่ายดายโดยแสงไฟส่องสว่างบน photocathode FASTCAM ไว SA-X เป็นที่สูงพอสมควรเพื่อที่จะไม่ต้องใช้แรงในการศึกษาการขยายพันธุ์เปลวไฟ การให้คะแนน ISO ของกล้องเป็น ISO เหลือเชื่อ 25,000 ขาวดำและ ISO 12500 สำหรับสีเมื่อวัดที่มีได้รับการยอมรับวิธีการมาตรฐาน ISO 12232 SSAT SA-X ขั้นสูงเซ็นเซอร์ภาพ CMOS (ACIS) มีขนาดใหญ่ 20 ไมครอนพิกเซลผลผลิตภาพ 12 บิต SA-X สามารถชัตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไป 293.2 นาโนวินาทีหรือ 1 / 3,410,526 วินาทีอิสระจากอัตราเฟรมที่เลือก แม้ว่าจะไม่เป็นอย่างที่เน้นความบาง [3] ใช้ในบางการศึกษาการขยายพันธุ์เปลวไฟมันจะดีกว่าความเร็วสูง CMOS กล้องอื่น ๆ ที่มีในปัจจุบัน FASTCAM SA-X มีทั้งสีหรือขาวดำ ACIS สีจะมีความสำคัญมากในการศึกษาด้านหน้าเปลวไฟ ด้านล่างเป็นลำดับภาพการเผาไหม้ SA-X ยิงที่ 5000 เฟรมต่อวินาทีด้วยชัตเตอร์ 1/5070 หรือ 197 ไมโครวินาทีและความละเอียด 512 x 512 พิกเซล ลำดับเริ่มต้นที่มุมบนด้านซ้าย กรอบทุกครั้งที่ 4 หลังจากนั้นก็แสดงให้เห็นด้านล่างเพื่อวัตถุประสงค์ในการประกอบการอธิบายเท่านั้นที่มีตัวเลขเพิ่มข้อความไปยังภาพที่ ลำดับนอกจากนี้ยังลดลง 4: 1 ในความละเอียดสำหรับบทความนี้ คุณสามารถมองเห็นประกายในกรอบที่ 4 และขยายพันธุ์ได้อย่างชัดเจนด้านหน้าเปลวไฟ กรอบ 106 & 110 แสดงหลังจากการเผาไหม้เป็นเปลวไฟสีฟ้าจาง ๆ อาจจะเหลือไม่ (ไนตริกออกไซด์).



FASTCAM SA-X สามารถผลิตภาพที่มีคุณภาพสูงการขยายพันธุ์โดยใช้เปลวไฟในห้องเผาไหม้รังเพลิงสายตา เมื่อลูกสูบได้เดินทางใกล้ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในห้องเผาไหม้มุมเพลาข้อเหวี่ยงที่จุดนี้จะเรียกว่าตายบนเซ็นเตอร์ (TDC) หรือ 0 ° ยิงที่เกิดขึ้นจริงของช่องว่างจุดประกายปกติเกิดขึ้นก่อนที่จะตายบนเซ็นเตอร์ (BTDC) โดยหลายองศา (-10 ° TDC) ในรอบการเผาไหม้ปกติ เมื่อเคาะชั่วคราวเกิดขึ้นความดันภายในห้องที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการสั่นความดันวัดและดูในภาพ นักวิจัยได้รับการยอมรับโดยทั่วไปว่าเคาะอาจจะเกิดจากพลังงานมากเกินไปถูกปล่อยในอัตราเร่งที่เกิดในอัตโนมัติจุดระเบิดของ "ก๊าซจบ" ไปข้างหน้าของการจุดระเบิดจุดประกายปกติหรือมีการลดสัดส่วนของค่าใช้จ่ายจำนวนมากใน HCCI (Homogeneous Charge การบีบอัด ระบบจุดระเบิด) เครื่องยนต์ เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการเผาไหม้รอบก่อนหน้านี้นักวิจัยจะทำงานวงจรข้ามไฟ [7] รอบที่ไม่ใช่การเผาไหม้ นี้จะล้างออกตกค้าง หากนักวิจัยสามารถให้สัญญาณที่บ่งชี้ว่าเพียงรอบที่จะมีการจุดระเบิดให้สัญญาณการซื้อขายนี้สามารถนำมาใช้เพื่อเปิดใช้งานการบันทึกโดยการเชื่อมต่อกับอินพุตทั่วไปใน READY POS .

การวิเคราะห์ภาพของเหตุการณ์ที่เกิดจากการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ได้รับการดำเนินการโดยนักวิจัยในสี่วิธี:

1) สรุปและค่าเฉลี่ยจะได้รับรอบต่อรอบค่าเฉลี่ยของภาพเปลวไฟที่หมุนมุมเดียวกัน

2) Contour รูปด้านหน้าเปลวไฟขึ้นอยู่กับระดับความสว่าง

3) การทับซ้อนรูปร่างของด้านหน้าเปลวไฟที่ตำแหน่งมุมข้อเหวี่ยงต่างๆและบูรณาการพื้นที่เปลวไฟสำหรับการศึกษาทางสถิติของพฤติกรรมของการขยายพันธุ์เปลวไฟ .

FASTCAM SA-X สามารถเชื่อมต่อได้อย่างง่ายดายด้วย Matlab หรือ LabView สำหรับการวิเคราะห์ดังกล่าว Photron ให้เอกสารและสำหรับการเชื่อมต่อกล้อง Photron โปรแกรมเหล่านี้ การวิเคราะห์ภาพของภาพการเผาไหม้ได้รับการสนับสนุนเป็นอย่างดีในอุตสาหกรรมทั้งสองแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์.



FASTCAM SA-X สามารถนำมาใช้เพื่อการศึกษาก๊าซหรือดีเซลหัวฉีดโดยใช้ภาพเอกซเรย์ (ดูด้านบน) ที่อัตราเฟรมที่สูงมากจะต้องตามลักษณะการจับสเปรย์ ความสว่างและเปรอะเปื้อน (จุดระเบิดอัตโนมัติ) การแก้ไขสามารถทำได้โดยการสอบเทียบระดับสีดำ SA-X ในช่วงระยะเวลาที่ไม่ใช่สเปรย์ ในระบบความเร็วสูงอื่น ๆ นี้จะต้องมีขั้นตอนการโพสต์ภาพ แต่ร้านค้า SA-X ภาพเป็นสอบเทียบและการหักจากภาพที่ถ่ายทั้งหมด .

ตรงกันเวลาฉีดและ SA-X เป็นที่แม่นยำมากเนื่องจากความสามารถในการประสานขั้นสูงกล่าวก่อนหน้านี้ ความไม่แน่นอนที่จะลดลงอย่างมากในช่วงทุกมุมข้อเหวี่ยงแม้ที่ RPMs ช้าลง อัตราเฟรมจาก 10,000 ถึง 60,000 จะให้รายละเอียดของขั้นตอนแรกของสเปรย์ SA-X ยังสามารถสอบเทียบในแง่ของรูปทรงเรขาคณิตสำหรับการวิเคราะห์หัวฉีดที่แตกต่างกันโดยใช้กริดที่พบใน Photron PFV (Photron FASTCAM Viewer) ซอฟแวร์ให้กับทุก Photron กล้องความเร็วสูง ตารางเทียบโดยการป้อนระยะห่างระหว่างทั้งสองรู้ว่าจุดในภาพ นี่คือการสอบเทียบ 2D และถือว่าสเปรย์ที่อยู่ในระนาบกับกล้อง วัดสามารถทำตามดูอย่างรวดเร็วก่อนที่จะเก็บภาพสำหรับการวิเคราะห์ในภายหลังกับโปรแกรมที่มีความซับซ้อนมากขึ้นเช่น Matlab หรือ LabView ดังที่แสดงไว้ข้างต้นเจาะลึกสเปรย์เป็นวัดจากปลายหัวฉีดไปยังจุดสิ้นสุดของรูปแบบ มุมสเปรย์เป็นวัดที่จุดกึ่งกลางต้นน้ำและสัมผัสกับสเปรย์กรวยสูงสุด นอกจากนี้ยังทำดูอย่างรวดเร็วโดยใช้ซอฟต์แวร์ PFV, วัดเหล่านี้ได้โดยอัตโนมัติผ่าน Matlab หรือโปรแกรม LabView .

ข้อดีของการถ่ายภาพอิเล็กทรอนิกส์ในการศึกษาการเผาไหม้ที่มีความตรงต่อเวลาในการดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ในเวลาจริงและการวิเคราะห์ทันทีของภาพเป็นข้อมูลดิจิตอล .

1) การดูเวลาจริงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ตรงจุดที่กำหนดในรอบ

2) ดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ในความสัมพันธ์จากภาพกับภาพ

3) การมีปฏิสัมพันธ์กับตัวแปรทดสอบในขณะที่เหตุการณ์การเผาไหม้มุมมองเวลาจริง

4) การเพิ่มผลผลิตโดยการตอบสนองข้อมูลได้เร็วขึ้น

5) มีข้อมูลภาพในรูปแบบที่ช่วยเพิ่มเทคนิคการประมวลผลภาพ

ใหม่ล่าสุดกล้อง FASTCAM สูงจาก PHOTRON


FASTCAM SA-X เป็นที่เหมาะสำหรับการสังเกตโครงสร้างเปลวไฟผ่านคลื่นแสงที่มองเห็น ลูกค้ารายหนึ่งได้พบว่าความเร็วสูงกล้องความละเอียดสูงและกรอบอัตรา Photron อนุญาตให้มีการศึกษาความไวในการอนุพันธ์เชิงพื้นที่ที่สองของดัชนีหักเหของการขยายพันธุ์ขอบเปลวไฟโดยใช้ภาพเอกซเรย์ .

ด้วยความไวแสงที่ดีของ FASTCAM SA-X ก็เป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบความรุนแรงหรือความสว่างของภาพเพื่อคุณภาพเปรียบเทียบความเข้มของแสงระหว่างกลุ่มตัวอย่างในเวลา เปรียบเทียบคุณภาพนี้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกในจำนวนของการเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้เช่นเดียวกับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากเปลวไฟ ความเข้าใจนี้จะช่วยให้นักวิจัยข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับการกระจายความร้อนที่ปล่อยออกมาในวงจร เพื่อเปรียบเทียบการกำหนดค่าการทดสอบหนึ่งไปยังอีกมันเป็นสิ่งสำคัญว่ากล้องมีเสถียรภาพและผลการทดสอบการทำซ้ำ การตั้งค่ากล้องจะต้องเหมือนกันระหว่างการทดสอบและการตั้งค่าเลนส์รวมทั้งโฟกัส F-Stop และฟิลด์ของมุมมอง (FOV) จะต้องยังคงเหมือนเดิมสำหรับการเปรียบเทียบที่ถูกต้อง การวิเคราะห์ภาพเหล่านี้ทั้งจากมุมมองเชิงพื้นที่และเวลาสามารถที่มีคุณค่ามากสำหรับนักวิจัย.