Автоматизированные комплексы анализа тепловых изображений процессов горения и детонации энтропийными методами

• Автор: Полторыхин, Максим Викторович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Глава 1. Современное состояние проблемы изучения СВС, обработки изображений и способов изучения высокоскоростных дисперсных потоков. Определение цели и задач диссертации
1.1. Состояние изучения СВС
1.2. Регистрация СВС методами тепловизионной съемки. Модели описания изображений и методы их обработки
1.3. Методы контроля и измерения скорости гетерофазных потоков
1.4. Выводы из первой главы. Постановка цели и задач
Глава 2. Математические модели разрабатываемых методов
измерения
2.1. Моделирование и регистрация СВС
2.1.1. Двумерная модель фронтального горения
2.1.2. Регистрация процессов СВС телевизионными измерительными системами
2.1.3. Изменение термодинамической энтропии в процессе СВ-синтеза и ее связь с экспериментальной энтропией, определяемой по тепловому изображению
2.1.4. Расчет площадей объектов на изображении
2.1.5. Определение эффективной скорости фронта СВС реакции по движению центра яркости
2.1.6. Анализ влияния шума на точность измерения скорости волны ТПГ по движению центра яркости цифрового изображения
2.2. Исследование дисперсных высокоскоростных потоков
2.2.1. Методика интегрального времяпролетного измерения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва
2.3. Выводы из второй главы
Глава 3. Аппаратные и программные средства диагностики СВС и
дисперсных высокоскоростных потоков
3.1. Основные характеристики цифровых систем формирования изображений
3.2. Аппаратные средства получения цифровых изображений
3.3. Аппаратные средства диагностики дисперсных потоков
3.4. Программное обеспечение для обработки измерительных данных.
Глава 4. Экспериментальное исследование СВС и ДГН

4.1. Температурный профиль волны горения в плоском канале при СВС
4.2. Статистические и энтропийные характеристики различных зон волны горения
4.3. Выделение объектов на изображении с использованием распределения энтропии по яркости
4.4. Выделение на гистограмме изображения связанного участка с максимальной локальной энтропией
4.5. Сглаживание изображений на основе определения характерных апертур шума по связи распределения объектов по размерам с яркостной гистограммой
4.6. Расчет площадей областей изображения
4.7. Выделение на изображении изолиний по правилу сохранения наибольшей (наименьшей) неполной энтропии
4.8. Определение эффективной скорости фронта реакции
4.9. Экспериментальное исследование скоростных характеристик топливных струй
4.10. Экспериментальное исследование дисперсных потоков при детонационно-газовом напылении
Заключение
Литература
Приложение

В настоящее время в различных областях промышленности широко используются композиционные материалы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) и детонационно-газовое напыление (ДГН) являются перспективными технологиями получения изделий и покрытий из композиционных материалов. Развитие промышленных технологий, основанных на СВС и ДГН, напрямую связанно с развитием исследовательских методик, направленных на измерение основных характеристик процессов, одной из которых является скорость.
Процессам СВ-синтеза и распространения потоков при ДГН характерны высокие температуры, быстротечность и дисперсность, поэтому, для их исследования требуется создание измерительной аппаратуры и методик, учитывающих эти свойства. Важно отметить, что в теоретических моделях этих процессов, в большинстве случаев, не учитывается дисперсность среды, а описание ведется в непрерывных переменных. Так, в теории СВС волна горения обычно считается однородной, распространяющейся в гомогенной среде, хотя из экспериментов известно, что зона реакции состоит из дискретных очагов, которые находятся на разных стадиях реагирования и имеют различную температуру. При такой модели процесса возникает задача определения и выделения волны горения при экспериментальных исследованиях. Современное измерительное оборудование позволяет регистрировать явления масштаба дисперсных составляющих среды. Результаты таких измерений, в общем, согласуются с современной теорией, но так же и содержат более детальную информацию о процессе, выходящую за рамки математических моделей. Постановка экспериментов, дающих более полную информацию, и интерпретация результатов измерений в разрезе современной теории являются актуальными задачами при изучении СВС и ДГН.

процессы плавления и диффузии, которые так же повышают энтропию [176].
Рис. 2.2. Профиль горения СВС в одномерном приближении (Т0 -начальная температура, Тр - температура горения, г/ - коэффициент
превращения).
В послереакционной зоне III происходит остывание (штрихпунктирная линия) и кристаллизация (если было плавление) продукта реакции, что вызывает уменьшение энтропии - ДТш<0, ДНш<0.
Таким образом, исходя из термодинамики, зоне реакции характерна наибольшая энтропия.
Результатом тепловизионной регистрации СВС с использованием ТИС являются двумерные изображения, яркость точек которых является монотонной функцией от температуры (см. § 2.1.2). Точки цифрового изображения принято называть пикселами. Наличие зон с различной температурой, в процессе СВС, определяет наличие в тепловизионном изображении пиксел различной яркости и, соответственно, отражает изменение энтропии, обусловленное гетерогенной структурой области фронта горения. Таким образом, энтропия может использоваться как критерий выделения различных зон теплового изображения,