基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术，在常温常压下对富燃料正丁烷/空气同轴射流预混火焰结构及热释放率(HRR)特性进行了实验研究。通过火焰轴截面的OH-PLIF与CH₂O-PLIF二维测量以及[OH]×[CH₂O]归一化乘积获得热释放率分布特性，计算得到火焰面厚度值，并与火焰自发光CH*自由基表征的热释放率分布与火焰厚度值进行比较。结果表明：火焰中热释放率区域位于CH₂O与OH自由基峰值之间，基于PLIF测量得到的热释放率区间比CH*自发光区域稍小；燃料当量比对热释放率峰值位置和分布区域有较大的影响，但低雷诺数下预混气初始流速对热释放率分布的影响较小；根据OH自由基与CH₂O峰值位置间距得到的火焰面厚度值明显大于利用CH*自发光和[OH]×[CH₂O]得到热释放率的半峰全宽。

激发态粒子是化学反应过程的天然示踪剂, 当前激发态粒子研究主要都是在一维简单火焰下进行。 为了考察复杂情况下激发态分布对化学反应热的定量表征规律, 进行了甲烷/空气同轴射流扩散火焰的试验, 开展了甲烷/空气详细燃烧机理与激发态燃烧机理的同轴射流预混火焰和扩散火焰的数值模拟, 分析了OH*和CH*的分布特性, 研究了激发态对反应热的表征关系。 结果表明: 通过试验ICCD相机和相应滤光片获取的OH*和CH*的化学发光图像和数值模拟中OH*和CH*摩尔分数分布的模拟结果吻合, OH*分布主要分为三个燃烧区域, CH*分布主要为两个燃烧区域。 扩散火焰中OH*和CH*分布呈现单峰, 反应热呈现双峰现象, 反应热与激发态变化趋势相似, 达到第一峰值后激发态逐渐减小为零, 而反应热达到第一峰值后先降低再缓慢上升到第二峰值, 最后减小至零。 扩散火焰中沿轴向方向, 当C2H+O=CH*+CO(R12)反应速率达到峰值时, 反应热达到第一波峰; H+O+M=OH*+M(R2)反应速率达到峰值时, 反应热达到第二波峰。 预混火焰中随着局部当量比的增加, OH*和CH*的摩尔分数明显增大, 分布区域更广; 反应热和激发态粒子OH*和CH*的分布趋势一样, 在激发态粒子OH*和CH*质量分数增大时, 反应热也增大, 当激发态粒子OH*和CH*的质量分数达到峰值的时候, 反应热也达到峰值; 沿轴向方向, OH*和CH*的四个生成反应速率的峰值都在同一位置, 反应热也达到最大值, CH+O2=OH*+CO(R1)和C2H+O=CH*+CO(R12)反应速率相比H+O+M=OH*+M(R2)和C2H+O2=CH*+CO2(R11)反应速率更快。

介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展，叙述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统。给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测量的实验结果。实验结果表明，基于激光光谱的燃烧诊断技术不仅能够实现对稳态燃烧场的高精度测量，而且能够应用于复杂的瞬态燃烧场诊断。

燃烧场温度的测量对研究燃烧机理、提高燃烧效率、降低污染物排放等至关重要。利用水在1397.75 nm和1397.87 nm处两 条邻近的吸收线,采用波长扫描直接吸收法实现了单台二极管激光器对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度 的测量。并利用基于Labview语言的数据采集卡对信号进行采集和实时处理,从而能够实时在线地获得测量结 果,在温度1750 K时标准测量不确定度为2.3%。分析了火焰边界层对测量结果的影响,结果表明燃烧场非均匀 性对路径积分测量结果影响较大,且其测量结果不是路径积分算术平均值。