Определение размера капель спрея методом вейвлет-анализа интерферометрических изображений

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.

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. Интерферометрический 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