Определение размера капель спрея методом вейвлет-анализа интерферометрических изображений

Журнал «Измерительная техника», №9, 72 стр.
Сентябрь 2021

Определение размера капель спрея методом вейвлет-анализа интерферометрических изображений

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-9-23-27
Авторы: Родион Александрович Степанов, Владимир Геннадьевич Баталов
Ключевые слова: спрей, размер капли, форсунка, параметры распыла, метод анализа интерферометрических изображений частиц, прямой оптический метод, анализ бликов частиц, вейвлет-преобразование, фурье-преобразование
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Освещены вопросы оптимизации процессов сгорания топлива в зависимости от распыляющей способности форсунок ракетных и авиационных двигателей. На примере факела топливной форсунки рассмотрена задача определения размера капель спрея оптически прозрачной жидкости IPI-методом, основанным на анализе интерферометрических изображений частиц. Предложен метод анализа IPI-образа капли с применением непрерывного вейвлет-преобразования. Пространственное распределение вейвлет-коэффициентов использовано для введения интегральной меры, аналогичной спектральной плотности сигнала. Достоверность оценённых размеров капель проверена по результатам обработки бликовых изображений, которые получены прямым оптическим GPT-методом по сфокусированным изображениям капель. Сфокусированные и интерферометрические изображения капель сняты одновременно. Размеры капель, полученные IPI-методом и обработанные с помощью вейвлет- и фурье-преобразований, сравнены с данными GPT-метода. Показано, что применение вейвлет-преобразования существенно уменьшает частоту возникновения систематической погрешности определения размера, наиболее характерной для крупных капель. Установлено, что вызывающие систематическую погрешность ложные максимумы в спектре Фурье обусловлены появлением искажений на границе интерферометрического образа капли. Показано, что отделить эти искажения от основного максимума в окрестности центра капли можно с помощью вейвлет-преобразования.

Список литературы

1. Леонтьев С. Н., Новиков А. О., Ягодников Д. А. Использование цифровой измерительной техники для гидравлических испытаний форсунок // Наука и Образование: МГТУ им. Н .Э. Баумана. 2015. № 10. C. 161–170.

2. Tropea C., Annu. Rev. Fluid Mech., 2011, vol. 43, pp. 399– 426. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-122109-160721

3. Баталов В. Г., Степанов Р. А., Сухановский А. Н. Оптические измерения размеров капель в реальных потоках // Вестник Пермского университета. Физика. 2017. № 3 (37). С. 40–47. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2017-3-40-47

4. Maeda M., Kawaguchi T., Hishida K., Measurement Science and Technology, 2000, vol. 11, no. 12, L. 13. https://doi.org/10.1088/0957-0233/11/12/101

5. Van de Hulst H. and Wang R., Applied optics, 1991, vol. 30, рр. 4755–4763. https://doi.org/10.1364/AO.30.004755

6. Бильский А. В., Ложкин Ю. А., Маркович Д. М. Интер- ферометрический метод измерения диаметров капель // Теплофизика и аэромеханика. 2011. Т. 18. № 1. С. 1–13.

7. Sukhanovskii A., Batalov V., Stepanov R., Experimental Thermal and Fluid Science, 2019, vol. 103, рр. 29–36. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2019.01.005

8. Qieni L., Xiaoxue Y., Baozhen G., Tingting C., Opt. Express, 2018, vol. 26, рр. 1038–1048. https://doi.org/10.1364/OE.26.001038

9. Короновский А. А., Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит, 2003. 176 с.

10. Филяк М. М., Четверикова А. Г., Каныгина О. Н., Анисина И. Н. Вейвлет-анализ изображений поверхности керамических материалов как метод измерения размеров её структурных элементов // Измерительная техника. 2020. № 2. С. 50–54. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-2-50-54

Determination of spray droplet size by wavelet analysis of interferometric images

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-9-23-27
Аuthors: Rodion A. Stepanov, Vladimir G. Batalov
Keywords: spray, droplet size, nozzle, spray parameters, interferometric particle imaging, direct optical method, glare point technique, wavelet transform, Fourier transform

Annotation

The problem of size droplet determining by the Interferometric Particle Imaging (IPI) in a spray of an optically transparent liquid is considered. The measurements were carried out using the example of a fuel injector flame. A new method for analyzing the IPI image of a droplet using a continuous wavelet transform is proposed. The spatial distribution of wavelet coefficients is used to introduce an integral measure similar to the spectral density of the signal. As a reliable estimate of the droplet size, we considered the results by the Glare Point Technique (GPT), which were applied simultaneously. A comparative analysis of the sizes obtained using GPT and IPI showed that the application of the wavelet transform to IPI images, in comparison with the Fourier method, significantly reduces the frequency of occurrence of a systematic error in determining the size, which is most specific for large droplets. It was found that the false maxima in the Fourier spectrum causing these errors are due to the appearance of distortions at the boundary of the interferometric image of the droplet. The wavelet transform allows one to separate these distortions from the main maximum in the vicinity of the droplet center.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46