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基于光线追踪背景导向纹影法的气体燃料射流三维重建
【作者】
高粲; 张富豪; 马志寅; 陶鑫瑞; 李雪松; 许敏
【单位】
上海交通大学;
【摘要】
汽车领域作为重要的碳排放和污染物排放来源而受到广泛关注。由于氢气具有良好的燃烧特性和排放特性,氢内燃机汽车具有良好的发展前景。为了进一步研究气体燃料的射流形态和燃料与空气混合的过程,针对透明气体流动的光学诊断技术因其在气体燃料开发与利用、气动实验研究及排放特性研究等领域的关键作用而备受关注。传统方法的局限性在于透明气体流动的直接测量难度较高,且二维重建方法对复杂流场的表征效果欠佳,亟需发展具备透明气体流场可视化功能的三维先进测试手段。为此,本文开发了一种新型三维重建技术——基于光线追踪的三维背景导向纹影法(Ray Tracing Three-Dimensional Background-Oriented Schlieren, RT-3D-BOS)。该技术不仅能够通过光线追踪结合龙格-库塔(Runge-Kutta)迭代计算光线在非均匀流场中的传播路径,还可结合三维层析重建方法定量获取透明气体流场的三维密度分布。本文将该技术应用于氢气替代燃料的氦气射流(多孔喷射器)三维密度场重建,并在重建过程中引入不同正则化方法进行验证。实验结果表明,RT-3D-BOS技术能够高效实现复杂三维透明气体密度场的测量;对于层析重建结果,全变分(Total Variation)与Tikhonov正则化策略均能有效抑制噪声干扰,进而提升测量保真度。
【关键词】
气体燃料;三维重建;光线追踪;背景导向纹影法;层析重建
【论文集名称】
【会议名称】
2025内燃机高效低碳清洁燃烧学术年会
【会议时间】
2025-6-12至2025-6-15
【会议地点】
镇江
【下载次数】
2

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