光流法測(cè)速在點(diǎn)火過(guò)程研究中的應(yīng)用

宋爾壯，雷慶春，范 瑋

光流法測(cè)速在點(diǎn)火過(guò)程研究中的應(yīng)用

宋爾壯，雷慶春，范 瑋

(西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院，西安 710129)

光流法作為一種運(yùn)動(dòng)圖像分析方法，正在越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于燃燒診斷領(lǐng)域，它能夠定量獲得火焰面位移速度．在強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程研究中，準(zhǔn)確測(cè)量火核的演變速度能夠更清楚地揭示其物理化學(xué)過(guò)程本質(zhì)，基于此，本文驗(yàn)證了利用光流法研究點(diǎn)火過(guò)程的可行性，并分析了其準(zhǔn)確度，研究了靜止混氣和擴(kuò)散射流中的強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程，定量展示了強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程中火核的發(fā)展速度，可為點(diǎn)火模型的建立提供數(shù)據(jù)支撐．結(jié)果顯示，射流中火核的發(fā)展速度呈現(xiàn)先慢后快的特點(diǎn)，并且在發(fā)展過(guò)程中，其速度矢量場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)發(fā)散源．

光流法；點(diǎn)火；火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

可靠的點(diǎn)火性能是各類(lèi)熱力機(jī)械的基本要求之一[1]，尤其是對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其高空再點(diǎn)火性能直接決定著其飛行包線(xiàn)范圍．實(shí)際的燃燒室點(diǎn)火是受到多種耦合參數(shù)影響的過(guò)程，燃料組分場(chǎng)、流場(chǎng)速度受到湍流作用，在點(diǎn)火過(guò)程中隨時(shí)間波動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程具有較強(qiáng)的隨機(jī)性[2]，由于其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，且受限于當(dāng)前的燃燒診斷技術(shù)，目前研究人員對(duì)點(diǎn)火過(guò)程的本質(zhì)仍然缺乏足夠的認(rèn)識(shí)．強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程初期會(huì)產(chǎn)生向周?chē)鷤鞑サ幕鹧婧诵?，本文?jiǎn)稱(chēng)為火核，火核的演化過(guò)程與點(diǎn)火成功與否息息相關(guān)，定量研究強(qiáng)迫點(diǎn)火過(guò)程中火核的局部演化速度有助于加深研究人員對(duì)點(diǎn)火的物理化學(xué)過(guò)程的理解，進(jìn)而有益于改進(jìn)現(xiàn)有點(diǎn)火模型[3]．另外，火核的瞬時(shí)局部演化速度能夠反映火核與其附近流場(chǎng)的相互作用[4]，使用高速相機(jī)采集火核的化學(xué)自發(fā)輻射信號(hào)，結(jié)合光流法，可以獲得局部火焰面位移的瞬時(shí)速度．

光流法[5-6]是一種運(yùn)動(dòng)圖像分析技術(shù)，它無(wú)需識(shí)別出特定物體，即可定量求解各個(gè)像素點(diǎn)的位移速度，并且可以與包括激光誘導(dǎo)熒光(laser-induced fluorescence，LIF)在內(nèi)的多種燃燒診斷技術(shù)結(jié)合使用．與常見(jiàn)的粒子圖像測(cè)速技術(shù)(particle image velocimetry，PIV)相比，光流法既可以搭配激光和示蹤粒子以獲取流場(chǎng)速度，也可以直接用于求解高分辨率的火焰位移速度場(chǎng)，使用靈活，對(duì)測(cè)量設(shè)備要求更低.

光流法的基本假設(shè)為亮度守恒，即同一個(gè)像素點(diǎn)在連續(xù)的兩幀圖像中亮度不變．根據(jù)該假設(shè)即可對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)列出光流約束方程，然而僅有亮度守恒假設(shè)無(wú)法使方程組封閉，因?yàn)槊恳粋€(gè)像素點(diǎn)都有水平和豎直兩個(gè)方向的速度分量，而每一個(gè)像素點(diǎn)只能貢獻(xiàn)一個(gè)方程，這也被稱(chēng)為孔徑問(wèn)題[7]．針對(duì)此問(wèn)題，研究者提出了兩種經(jīng)典算法：Horn & Schunck(HS)方法[8]和Lucas & Kanade(LK)方法[9]．HS方法通過(guò)添加速度場(chǎng)平滑約束，將問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼饽芰糠汉钚≈祮?wèn)題，進(jìn)而迭代求解出高分辨率速度場(chǎng)；而LK方法則將圖像分為多個(gè)窗口，通過(guò)假設(shè)每一個(gè)窗口內(nèi)所有元素速度一致，再使用加權(quán)最小二乘法求解每個(gè)窗口的速度．顯然，使用HS方法能夠求解出更高分辨率的速度場(chǎng)，本研究需要分析火核區(qū)域的速度場(chǎng)，點(diǎn)火初期的火核尺寸較小，需要得到足夠分辨率的速度場(chǎng)進(jìn)行分析，因此將使用HS方法．

光流法作為圖像運(yùn)動(dòng)分析的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于流體標(biāo)量場(chǎng)圖像分析領(lǐng)域[10]，包括紋影圖像[11-13]、氣象圖像[14]、X光圖像[15]等．目前已有研究者將其應(yīng)用到了燃燒診斷領(lǐng)域，對(duì)燃燒場(chǎng)診斷結(jié)果進(jìn)行了定量分析．Schmidt等[16]使用光流法分析了甲烷-空氣湍流預(yù)混燃燒的平面激光誘導(dǎo)熒光測(cè)量結(jié)果，與高分辨率PIV的測(cè)量結(jié)果相比，光流法計(jì)算出的速度場(chǎng)的空間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍增加了近一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且可以分辨雷諾數(shù)為O(104)的湍流預(yù)混火焰中的最小的耗散尺度，另外光流法也得出了更高分辨率的渦量分布，這充分體現(xiàn)了光流法求解精細(xì)的局部速度場(chǎng)的潛力．Mueller等[17]將光流法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，通過(guò)區(qū)分流體運(yùn)動(dòng)和剛體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，成功在視頻中抓取到了火焰結(jié)構(gòu)，展示出光流法在燃燒場(chǎng)圖像分析領(lǐng)域的作用．Tana?等[18]則將光流法和支持向量機(jī)結(jié)合，分析了煤粉和生物質(zhì)混合燃料的燃燒情況，由于處于初步探索階段，因此算法僅能大致判斷燃燒的良好程度．Wang等[19]使用光流法分析了帶空氣伴流的甲烷射流點(diǎn)火過(guò)程，提取出了火核不同表面區(qū)域的速度值，指出伴流速度與火核的局部移動(dòng)速度呈正相關(guān)關(guān)系．此外為了驗(yàn)證光流法程序的準(zhǔn)確性，他們應(yīng)用Middlebury基準(zhǔn)測(cè)試集[20]比較了速度場(chǎng)誤差，結(jié)果顯示速度誤差限在0.1m/s以?xún)?nèi)，而在點(diǎn)火過(guò)程中的流場(chǎng)速度大約在2m/s的量級(jí)，因此將光流法應(yīng)用在點(diǎn)火工況是基本可行的．

當(dāng)下學(xué)術(shù)界將強(qiáng)迫點(diǎn)火分為3個(gè)階段，分別為：①用電火花或者其他方式，包括熾熱物體、激光，產(chǎn)生具有一定尺寸和溫度，且能夠向周?chē)鷤鞑サ幕鸷耍虎诨鸷藦狞c(diǎn)火位置發(fā)展擴(kuò)大，使周?chē)姆磻?yīng)物進(jìn)入燃燒狀態(tài)；③建立與燃燒器同尺度的穩(wěn)定火焰[1-2]．本文的研究重點(diǎn)為第2階段，即火核的發(fā)展傳播階段．本文將具體介紹包含圖像金字塔算法的光流法原理，并在層流、湍流測(cè)試工況，對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，最后將光流法應(yīng)用到火核演化圖像序列，并對(duì)其速度場(chǎng)進(jìn)行了定量分析．

1 光流法原理

（a）1時(shí)刻 （b）2時(shí)刻

圖1 包含運(yùn)動(dòng)物體的連續(xù)兩幀灰度圖

Fig.1 Two consecutive grayscale images of moving objects

根據(jù)亮度守恒假設(shè)，可對(duì)圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)列出如下光流約束方程：

聯(lián)立式(3)、(4)可得：

為求解式(5)，將方程離散化，并化簡(jiǎn)得到：

（a）金字塔底層 （b）金字塔中層 （c）金字塔頂層

圖2 圖像金字塔算法原理

Fig.2 Principle of the image pyramid algorithm

圖3 圖像變形操作示意

此時(shí)需要使用式(7)計(jì)算金字塔中層的速度場(chǎng)：

圖4 帶圖像金字塔算法的光流法計(jì)算流程

2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果分析

2.1 光流法準(zhǔn)確性的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證光流法估計(jì)火焰位移速度的準(zhǔn)確性，選取聲激勵(lì)下的甲烷-空氣預(yù)混火焰的內(nèi)焰進(jìn)行驗(yàn)證．在聲激勵(lì)下，火焰頂部的位移量大，且外輪廓頂點(diǎn)位置易于準(zhǔn)確提取，將圖像直接提取的輪廓頂點(diǎn)速度與光流法計(jì)算的頂點(diǎn)速度進(jìn)行比較分析，來(lái)驗(yàn)證光流法的準(zhǔn)確性．本文中所有工況均使用高速攝像機(jī)(IX CAMERA i-SPEED 713)搭配50mm鏡頭(Nikon NIKKOR 50mm，/1.4)拍攝．圖5展示了火焰受激振蕩的運(yùn)動(dòng)圖像，實(shí)際拍攝范圍高4cm、寬1.8cm，下文圖片旁的尺寸標(biāo)注均代表相同含義，不再贅述．混氣受聲激勵(lì)后流經(jīng)內(nèi)徑＝1cm的直不銹鋼管，豎直向上直射入開(kāi)放空間燃燒．火焰頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率可分別使用圖像識(shí)別法和光流法進(jìn)行計(jì)算，圖5中用綠點(diǎn)代表圖像識(shí)別出的火焰頂點(diǎn)，通過(guò)記錄每一幀頂點(diǎn)的坐標(biāo)，即可獲得頂點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)速率，7幀圖像能夠計(jì)算出6個(gè)時(shí)刻的速度．

圖6比較了兩種方法所求得的頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率，火焰頂點(diǎn)每一幀的位移距離在12到35個(gè)像素的范圍以?xún)?nèi)，每一格像素的位移代表了0.15m/s的速度．計(jì)算位移速度時(shí)，使用了6層圖像金字塔，每一層的迭代次數(shù)為3次．圖中可以看到兩種方法計(jì)算所得的速率變化趨勢(shì)基本一致，平均相差2.47個(gè)像素．分析認(rèn)為造成這種差異的原因有兩點(diǎn)：①圖像金字塔對(duì)每一層的結(jié)果都做了中值濾波處理，光流法提取的速率受到鄰域速率的影響；②理想情況下，火焰鋒面速率不為0，而火焰鋒面以外區(qū)域的速率驟然降至0，火焰鋒面區(qū)域的速率并不完全滿(mǎn)足光流法引入的速度場(chǎng)平滑假設(shè)．因此，雖然兩種方法的結(jié)果大約有10%的差異，但基本證明了光流法能夠用于求解火焰前鋒面的位移速度．

圖5 受聲激勵(lì)的火焰內(nèi)焰的運(yùn)動(dòng)圖像

圖6 圖像識(shí)別計(jì)算的頂點(diǎn)速率與光流法計(jì)算的頂點(diǎn)速率對(duì)比

2.2 靜止甲烷-空氣混氣點(diǎn)火過(guò)程測(cè)速結(jié)果

將光流法應(yīng)用于一種簡(jiǎn)單工況，即分析靜止甲烷-空氣混氣內(nèi)部點(diǎn)火發(fā)展過(guò)程．靜止混氣當(dāng)量比約為0.8，電火花點(diǎn)火后4ms產(chǎn)生了如圖7所示的球狀火焰，火焰內(nèi)部黑色物體為點(diǎn)火器，點(diǎn)火器豎直向上布置．計(jì)算球狀火焰的等效半徑增長(zhǎng)速率(等效圓法，將球狀火焰二維圖像等效為圓，根據(jù)面積計(jì)算其半徑[23])，并與光流法的結(jié)果相比較，同樣能夠驗(yàn)證光流法測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性．

圖7 球狀火焰發(fā)展過(guò)程

圖像金字塔仍設(shè)置為6層，由于圖像較為規(guī)則，每層的迭代次數(shù)為1次，光流法的計(jì)算結(jié)果如圖8所示，圖8(a)展示了點(diǎn)火后7ms時(shí)火焰邊緣的位移速度，每一格像素的位移代表了0.09m/s的速度．為了清晰地展示速度矢量的箭頭方向，左上方的局部圖對(duì)速度矢量做了縮小處理，局部圖反映了光流法計(jì)算出的速度場(chǎng)達(dá)到了像素級(jí)分辨率．由于浮力、點(diǎn)火器導(dǎo)熱等因素，實(shí)際的球狀火焰在各個(gè)方向的發(fā)展速度并不一致，圖8(a)清楚地顯示出球狀火焰的頂部擁有最快的發(fā)展速度，使用光流法能夠較為準(zhǔn)確地捕捉到火焰在不同方向上的發(fā)展速率．圖8(b)比較了等效圓法和光流法計(jì)算出的半徑變化速率，光流法的結(jié)果來(lái)源于每一幀火焰邊緣速度的均值，兩種方法的結(jié)果平均相差0.72個(gè)像素，這表明光流法有能力計(jì)算火焰邊緣的位移速度．此外火焰邊緣的位移速度呈逐漸加速趨勢(shì)．

（a）＝7ms時(shí)光流法的計(jì)算結(jié)果

（b）等效圓法和光流法求得的邊緣位移速率

圖8 球形火焰邊緣位移速度

Fig.8 Spherical flame edge displacement speed

2.3 甲烷擴(kuò)散射流點(diǎn)火過(guò)程測(cè)速結(jié)果

圖9 純甲烷射流冷態(tài)流場(chǎng)Mie散射圖像

圖10(a)展示了點(diǎn)火火核的發(fā)展圖像序列，圖像顯示點(diǎn)火火核受流場(chǎng)速度及組分分布的影響，主要向右上和左下兩個(gè)方向發(fā)展．圖10(b)展示了光流法計(jì)算的火焰位移速度，為了清晰展示速度矢量，未顯示所有速度矢量箭頭．計(jì)算時(shí)圖像金字塔設(shè)置為6層，由于速度場(chǎng)較為復(fù)雜，每層的迭代次數(shù)為3次，每一格像素的位移代表了0.06m/s的速度．圖10(c)為歸一化的火焰位移速度場(chǎng)的散度場(chǎng)偽彩圖，正值代表發(fā)散源，負(fù)值代表匯．如果某處的源強(qiáng)度較大，說(shuō)明此處的火焰正迅速向四周擴(kuò)張，同時(shí)也說(shuō)明此時(shí)附近有大量可燃混氣被點(diǎn)燃．相比于直接觀(guān)察圖10(b)中的速度矢量場(chǎng)，圖10(c)能夠更清晰地展示速度場(chǎng)中發(fā)散源的位置和強(qiáng)度，指明火焰迅速發(fā)展的區(qū)域．另外由于火焰處于發(fā)展擴(kuò)大的狀態(tài)，圖中源的最大強(qiáng)度大于匯的最大強(qiáng)度．

圖10(a)中0ms的圖像為點(diǎn)火器產(chǎn)生的電火花，5ms前火核偏小，受分辨率限制，不易觀(guān)測(cè)其速度場(chǎng)．計(jì)算結(jié)果顯示，火核內(nèi)部的位移速度大約在1.5m/s的量級(jí)，并且其發(fā)展速度不恒定，呈先慢后快的特點(diǎn)，這是因?yàn)辄c(diǎn)火初期火核的體積小，而表面積與體積比值較大，熱量積累緩慢，限制了其發(fā)展速度，隨著體積增大，足夠的熱量積累使得火焰?zhèn)鞑ゼ铀伲畯?ms開(kāi)始，速度場(chǎng)內(nèi)部出現(xiàn)明顯的發(fā)散源，如圖10(c)所示，發(fā)散源與點(diǎn)火位置基本重合，表明火焰從點(diǎn)火位置開(kāi)始向四周擴(kuò)張；從7.5ms開(kāi)始，速度場(chǎng)發(fā)散源開(kāi)始分裂，表明出現(xiàn)新的發(fā)散源，其周?chē)嬖谳^多火焰?zhèn)鞑ニ璧奈慈蓟鞖?，且速度?chǎng)中同時(shí)存在多個(gè)發(fā)散源，主要分布于右上方和左下方，解釋了上文提到火焰主要向右上方和左下方發(fā)展的現(xiàn)象．圖10(c)中的散度場(chǎng)表明火核發(fā)展過(guò)程中并不是勻速地沿輪廓外法線(xiàn)向四周擴(kuò)張，而是會(huì)出現(xiàn)多個(gè)發(fā)散源，且在發(fā)散源附近的擴(kuò)散速率更大．對(duì)于湍流燃燒場(chǎng)中的點(diǎn)火過(guò)程，火焰內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)多個(gè)發(fā)散源．推測(cè)發(fā)散源的位置主要受流場(chǎng)狀態(tài)和組分濃度分布的影響，在后續(xù)研究中會(huì)考慮引入多物理場(chǎng)同步測(cè)量技術(shù)，研究流場(chǎng)狀態(tài)和組分濃度對(duì)火焰?zhèn)鞑サ木唧w作用.

（a）甲烷擴(kuò)散射流點(diǎn)火圖像序列

（b）光流法的分析結(jié)果

（c）歸一化的散度場(chǎng)

圖10 甲烷擴(kuò)散射流點(diǎn)火過(guò)程

Fig. 10 Ignition process of a methane diffused jet

3 總結(jié)與展望

本文介紹了結(jié)合圖像金字塔算法的HS光流法的基本原理，并用包含大位移的燃燒場(chǎng)圖像序列驗(yàn)證了其應(yīng)用于燃燒診斷的可行性和準(zhǔn)確性，之后再將其應(yīng)用于靜止混氣點(diǎn)火和擴(kuò)散射流點(diǎn)火兩種工況，在本文工況中，光流法都得出了較為準(zhǔn)確的速度場(chǎng)，并揭示了火核發(fā)展速度先慢后快的特點(diǎn)及點(diǎn)火發(fā)展過(guò)程中火核內(nèi)部存在多個(gè)發(fā)散源．

本文的研究表明，高速相機(jī)和光流法結(jié)合后，能夠較為準(zhǔn)確地定量提取火焰運(yùn)動(dòng)的速度場(chǎng)，使詳細(xì)分析火核動(dòng)態(tài)演變過(guò)程變得可行，是一種在燃燒診斷領(lǐng)域分析測(cè)量結(jié)果的有力工具，且富有發(fā)展和大范圍應(yīng)用的潛力．在點(diǎn)火研究中，分析火核的演化速度是必不可少的部分，使用光流法分析點(diǎn)火過(guò)程將揭示更多的點(diǎn)火火核的發(fā)展機(jī)理，為更先進(jìn)的點(diǎn)火模型奠定基礎(chǔ)．后續(xù)將開(kāi)展多工況下點(diǎn)火光流法測(cè)量與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以獲得復(fù)雜條件下火核的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律，為火核動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建提供豐富的數(shù)據(jù)支撐．

［1］ Lefebvre Arthur H，Ballal Dilip R.：(Third Edition)[M]. Leiden：CRC Press，2010.

［2］ Mastorakos E. Forced ignition of turbulent spray flames[J].，2017，36(2)：2367-2383.

［3］ Wang Gaofeng，Boileau Matthieu，Veynante Denis，et al. Large eddy simulation of a growing turbulent premixed flame kernel using a dynamic flame surface density model[J].，2012，159(8)：2742-2754.

［4］ St?hr Michael，Boxx Isaac，Carter Campbell D，et al. Experimental study of vortex-flame interaction in a gas turbine model combustor[J].，2012，159(8)：2636-2649.

［5］ Barron J L，F(xiàn)leet D J，Beauchemin S S. Performance of optical flow techniques[J].，1994，12(1)：43-77.

［6］ Sun D，Roth S，Black M J. Secrets of optical flow estimation and their principles[C]//2010. San Francisco，CA，USA，2010：2432-2439.

［7］ Heeger David J. Optical flow using spatiotemporal filters[J].，1988，1(4)：279-302.

［8］ Horn Berthold K P，Schunck Brian G. Determining optical flow[J].，1981，17(1)：185-203.

［9］ Lucas Bruce D，Kanade Takeo. An iterative image registration technique with an application to stereo vision[C]//7. British Columbia，1981：674-679.

［10］ 蔡聲澤. 基于光流計(jì)算的復(fù)雜流動(dòng)可視化測(cè)速算法研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2019.

Cai Shengze. Optical Flow-Based Motion Estimation of Complex Flows[D]. Hangzhou：Zhejiang University，2019(in Chinese).

［11］ Wang Q，Wu Y，Cheng H T，et al. A schlieren motion estimation method for seedless velocimetry measurement [J].，2019，109：109880.

［12］ Wang Q，Mei X H，Wu Y，et al. An optimization and parametric study of a schlieren motion estimation method[J].，2021，107：609-630.

［13］ Atcheson Bradley，Heidrich Wolfgang，Ihrke Ivo. An evaluation of optical flow algorithms for background oriented schlieren imaging[J].，2009，46(3)：467-476.

［14］ Corpetti T，Memin E，Perez P. Dense estimation of fluid flows[J].，2002，24(3)：365-380.

［15］ Wildes Richard P，Amabile Michael J，Lanzillotto Ann-Marie，et al. Recovering estimates of fluid flow from image sequence data[J].，2000，80(2)：246-266.

［16］ Schmidt B E，Skiba A W，Hammack S D，et al. High-resolution velocity measurements in turbulent premixed flames using wavelet-based optical flow velocimetry (wOFV)[J].，2020，38(1)：1607-1615.

［17］ Mueller M，Karasev P，Kolesov I，et al. Optical flow estimation for flame detection in videos[J].，2013，22(7)：2786-2797.

［18］ Tana? J，Kotyra A. Application of optical flow algo-rithms and flame image sequences analysis in combustion process diagnostics[C]//，，，. 2016：10. 1117/12. 2249330.

［19］ Wang Q，Zhang Y，Zhao C Y. Experimental investigation of coflow effect on the ignition process of a methane jet diffusion flame[J].，2018，91：184-196.

［20］ Simon Baker，Daniel Scharstein，Lewis J P，et al. A database and evaluation methodology for optical flow[J].，2011，92(1)：1-31.

［21］ Hansen Per Christian. Analysis of discrete Ill-posed problems by means of the L-curve[J].，1992，34(4)：561-580.

［22］ Liu Hecong，Yang Zifeng，Cai Weiwei. Application of three-dimensional diagnostics on the direct-current electric-field assisted combustion[J].，2021，112：106657.

［23］ de Oliveira，Pedro M，Mastorakos Epaminondas. Mechanisms of flame propagation in jet fuel sprays as revealed by OH/fuel planar laser-induced fluorescence and OH*chemiluminescence[J].，2019，206：308-321.

［24］ Bailly Christophe，Comte-Bellot Geneviève.[M]. Berlin：Springer Press，2015.

Application of Optical Flow Velocimetry in Studies of Ignition Process

Song Erzhuang，Lei Qingchun，F(xiàn)an Wei

(School of Power and Energy，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710129，China)

As a tool of motion image analysis，optical flow velocimetry has attracted increasing attention in the field of combustion diagnosis. It can quantitatively measure the evolution velocity of flame kernel in the forced ignition process，which helps to reveal the underlying physical and chemical mechanisms of ignition process. The study verified the feasibility and accuracy of applying optical flow velocimetry to the study of ignition process，and the forced ignition processes in the static and flowing methane/air mixtures were investigated. The propagation velocity of flame kernel surface，which is important in establishing the ignition model，was quantitatively calculated. The results show that the magnitude of flame propagation velocity increases gradually in the ignition process，and that there are multiple divergent sources in the velocity vector field of flame kernels.

optical flow；ignition；flame propagation speed

V231.2

A

1006-8740(2024)01-0025-07

2023-02-28.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91741108；51876179).

宋爾壯(1996— )，男，博士研究生，sez@mail.nwpu.edu.cn.

雷慶春，男，博士，副教授，lqc@nwpu.edu.cn.

(責(zé)任編輯：梁 霞)