守恒方程在燃烧爆炸学中的应用_朱彦奎

【 参考文献】 ［ 1］ 徐俊，达飞鹏.一种基于局部描述符的三维人脸识别方法[J].模式识别与人工 智能,2012,01:45-53. ［ 2］ 王科俊，邹国锋.基于子模式的 Gabor 特征融合的单样本人脸识别[J].模式识 别 与 人 工 智 能 ,2013,01:50-56. ［ 3］ 孙圣鹏，宋明黎，卜佳俊，陈纯.鼻子区域检测与三维人脸姿态自动化校正[J]. 计 算 机 辅 助 设 计 与 图 形 学 学 报 ,2013,01:34-41. ［ 4］ Gadacha W, Ghorbel F. 3D surfaces representation using geodesic computation and spectral analysis coupled approach: Application to 3D faces[C].Computer Applications Technology(ICCAT),2013 International Conference on. IEEE, 2013:1-5. ［ 5］ G. Taubin.Estimating the tensor of curvature of a surface from a polyhedral approximation[C].Computer Vision,1995. ［ 6］ S.Berretti.Selected sift features for 3D facial expression recognition[C].International Conference on Pattern Recognition. International Conference on Pattern Recognition, 2010.
3 数值模拟结果
计算工程可以生成火焰从发生到喷出燃烧器的动画效果。以下是 计算过程中的温度场和压力场随时间的变化图（ 图 3、图 4、图 5） 。
图 3 时间t=6.2832e-3s 时的温度场和压力场
2 物理模型及其网格划分
本文所建的物理模型是二维圆筒形燃烧器。在燃烧器的中心有一 个小的喷嘴注入甲烷。 空气从喷嘴周围进入燃烧器。 其质量分数和速
5 结束语
本 文 分 析 了 3D 人 脸 的 深 度 投 影 ，曲 率 投 影 和 测 地 投 影 ，将 局 部 曲线特征的方法应用到这三种模式中。使用 SURF 和 RANSAC 提取特 征点对。 这使算法在人脸图像残缺的情况下也能稳定运行，保证了算 法的鲁棒性。 应用神经网络对得到的三个特征进行回归分析预测，提 高了算法的正确率。 Ｓ
H（ X Y=y） =-ΣxiP（ X=xi y） log X=xi y）（ 5）
在中，如果出现的次数越大，通过判定出的概率 Η（ X Y=y） 越大，
反之，如果出现的次数越小，通过判定出的概率 Η（ X Y=y） 也就越小， 因此可以用 Η（ X Y=y） 作为特征曲线的权值。
然而在实际中，我们并不能得到完整的集合，从而不能 得 到 Η（ X
0
（ 4）
3.3 计算特征曲线的权值
在以标定作为人脸的特征点定位方法中，通常会选择眼角，鼻尖
附近等有意义的点。 在本文的方法中，虽然通过 SURF 和 RANSAC 自
动寻找特征点，然而通过实验发现，大部分的特征点落在人脸上“ 有意
义”的区域上，这间接的说明了，在使用以上步骤获得的特征曲线对于
匹配人脸来说应该有不同的权值。
在 GavabDB 中，每个人采集了 9 份不同姿态不同表情的 人 脸 ，随
机从中抽取一份用于验证，其他的八分人脸用于训练神经网络。 对于 采集到的同一个人的人脸样本，抽取数对人脸，计算这两张人脸之间 特征曲线对的距离值，作为输入给入神经网络中，并且将这张人脸的 ID 作为教师信号。 经过上面的步骤得到了训练好的神经网络。 在测试 时 ，计 算 待 测 定 人 脸 和 数 据 库 人 脸 的 之 间 的 特 征 曲 线 对 的 距 离 差 值 ，由 于一张人脸有多条特征曲线，所以对于神经网络的输出也可能有不止 一种结果，那么得到输出模式个数最多的则对应该待测定的人脸的ID。 4.2 实验数据
Y=y） ，因为由人脸数据库中的人脸样本和应用中 的 采 样 构 成 。 我 们
可以使用在数据库中特征曲线出现的概率来表达特征曲线的权重，
即：
lj S（ yi） =e Σmk=1lk
（ 6）
特征曲线对之间的距离为：
Dis=D（ C1，C2）·S（ yi）
（ 7）
这里 Dis 表示特征曲线对之间的距离，D 的定义见（ 4） 。
科技视界
科技·探索·争鸣
3.2 特征曲线对的距离计算
对于人脸上任意两个特征点和以及鼻尖点，如果 P P NOSE A1 -PNOSEPA2 <τ，则认为 PA1 和 PA2 为同一个点。 本文将两组位置相同的特征点连接 的两条曲线称为特征曲线对。 在图像 I2 中由 PA1 和 PB1 确 定 的 特 征 曲 线可如下表示：
图 2 喷嘴处的网格放大图
由图 2 可以看出，网格划分采用的是非结构化网格。 网格信息如 表 1：
表1
Level
Cells
Faces
Nodes
Partitions
0
32277
48820
16544
1
1 cell zone，7 face zones。 最大网格体积为 5.389917e-005m3，最小 网格体积为 4.484518e-007m3，大于 0，可以正常计算。
度由操作面板输入。 圆筒内壁每格 0.5m 有高为 0.1m 的挡板。 物理模 型及尺寸如图 1 所示：
图 1 本文用到的物理模型 本物理模型的特点是：燃料喷嘴为绝热材料，壁面初始温度为 300K， 燃料由喷嘴处高速喷出，并与低速流动的空气混合。 壁面上的挡板会 使气流产生明显的涡流，在模拟中可以清晰的看到。 本 模 拟 采 用 FLUENT 的 前 置 处 理 器 GAMBIT 进 行 网 格 划 分 ，由 于模型是轴对称结构，可以只对一半模型进行划分，除了周边界和 4 个长壁面的 ratio 分别选为 0.38 和 0.55 外，其他均为 1。 喷嘴处的网格 放大图如图 2 所示：
C（1 t） =I（1 （ t1-t） PA1+tPB1）
t∈[0，t1]
（ 2）
在图像中由和确定的特征曲线为：
C（2 t） =I（2 （ t2-t） PA2+tPB2）
t∈[0，t2]
（ 3）
两条曲线的距离：
min（ t1，t2）
乙 D（ C（1 t） ，C（2 t）） =
C（1 t） -C（2 t） dt
【 关键词】 燃烧爆炸；数学模型；数值模拟；FLUENT
0 引言
可燃气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一， 迫切要求能够预测好潜在的气体爆炸的威力和危害，并以此为基础在 设计和实际建筑安装中提出合理的方案。 气体爆炸是预混燃烧的一 种。 可燃气体燃烧爆炸的模式大致可以有 4 种：定压燃烧、爆燃、定容 爆炸 、爆轰 。 管道内可燃气体爆炸事故中最常见的形式是爆燃 ，即火焰 阵面相对于未燃气体以亚音速传播，工业可燃气体爆炸事故多足由弱 点火（ 点火能量小于 100J） 点燃可燃气云引起 的 。 传 播 形 式 多 为 亚 音 速传播的爆燃波。 燃烧率、预混火焰阵面的传播率及障碍物几何形状 对爆燃超压都有影响，与之相关的问题是现今研究的主要课题之一。 包括实验研究 、理论分析 、模型的建立及数值模拟等 。 本文以甲烷燃烧 为 对 象 ，首 先 建 立 了 其 物 理 模 型 和 数 学 模 型 ，并 利 用 商 用 CFD 软 件 FLUENT 对二维热态燃烧空间进行模拟。
假 设 共 有 n 张 不 同 的 人 脸 ，用 xi 表 示 每 张 脸 的 ID，即 xi∈（ x1，x2， x3...xn） ；用 表 示 yi 人 脸 xi 上 的 特 征 曲 线 ，则 集 合 为 yj∈（ y1...y1，y2...y2... ym...ym） 。 如 果 把 人 脸 ID 看成随机变量 X，特征曲线看成随机 变 量 Y， 那 么 通 过 某 一 条 特 征 曲 线 判 断 出 人 脸 ID 的 概 率 可 由 香 农 信 息 熵 给 出。
图 4 时间 t=9.1392e-3s 时的温度场和压力场（下转第 129 页）
作者简介：朱彦奎（ 1983—） ，男，毕业于山东建筑大学建筑环境与设备工程专业，现从事燃气、供热工程设计。
100 科技视界 Science & Technology Vision
高校科技
Science & Technology Vision
4 实验结果
4.1 使用神经网络预测 定义多模式下的人脸曲线的特征向量为（ Dd，Dc，Dg） ，其中 Dd 为深
度 投 影 下 人 脸 上 的 某 一 条 特 征 曲 线 对 的 距 离 差 值 ；Dc 为 该 条 特 征 曲 线 对 对 应 在 曲 率 投 影 下 的 距 离 差 值 ；Dg 为 该 条 特 征 曲 线 对 对 应 在 测 地投影下的距离差值。
1 数值模拟技术的发展概述
A.K.Gupta 利用计算机数值模拟的方法研究了高温空气燃烧的火 焰状态。 利用了非均匀网格系统，引入了传热模型，湍流模型，考虑了 体系内的辐射和化学反应。 得出了在不同的空气预热温度（ 1400K 和 1200K） 下 ，随 着 含 氧 浓 度（ 21%，15%，8%，5%，2%） 的 降 低 ，火 焰 的 最 高温度都降低，火焰的体积增大。 W.Blasiak，B.Lindblad 模拟了具有一 个 燃 料 喷 嘴 的 长 方 体 型 燃 烧 室 ，选 用 不 同 的 模 型(RSM/MPDF 模 型 和 k-e/FRDE 模型)，得出空气预热到 1300K，氧气浓度分别为 21%，15%， 8%，3%时燃烧室的流场、温度场和浓度场图，说明了高 温 空 气 燃 烧 具 有温度分布均匀，低污染物排放的优点。 并且得出 RSM/MPDF 模型模 拟火焰燃烧的结果比 k-e/FRDE 模型更接近试验拍摄的结果。