化学发光能够对火焰结构和燃烧过程进行良好的表征, 但利用化学发光对湍流火焰进行测量的研究相对较少。 为了更深入地研究和发展湍流燃烧理论, 设计了伴燃射流燃烧器, 通过ICCD相机和相应滤波片获取了OH*和CH*的化学发光图像, 对甲烷/空气层流和湍流预混火焰的化学发光特性进行了研究, 并利用分布高度、 峰值位置、 强反应区占比、 峰值等参数对不同速度和当量比时的OH*和CH*进行表征。 结果表明, 层流时OH*和CH*的分布明显不同, 而湍流的混合作用导致二者的分布范围趋向一致。 随着当量比增大, 不同速度下OH*和CH*的分布高度都呈单调递增趋势, 但湍流的增长趋势要相对平缓; 峰值位置的变化趋势与分布高度几乎一致, 间接表明OH*和CH*的主导生成反应不变。 强反应区占比在层流和湍流状态下的表现完全相反: 从贫燃到富燃, 层流中由大于0.1降低到0.05以下, 而湍流中则由0.05上升到0.1以上, 表明湍流对贫燃时的燃烧反应起抑制作用, 在富燃时反而起促进作用。 另外, OH*和CH*的峰值变化可以对火焰的流动状态进行判断, 且CH*尤为明显: 随当量比增加, 如果峰值先升后降, 则可以认为火焰为层流状态; 如果峰值单调递增, 则是湍流状态。 以速度和当量比为自变量, 以OH*和CH*的峰值比为因变量, 提出了不同速度条件下利用化学发光对当量比进行定量表征的统一关系式, 解决了不同速度时需要分别进行拟合的问题, 对后续的化学发光燃烧诊断研究具有重要意义。

采用三组单色仪探测系统, 测量了甲基环己烷在高温反射激波作用下瞬态燃烧反应过程中三种激发态自由基OH*, CH*和C*2的特征光辐射, 得到了激发态自由基时间历程和光辐射相对强度随温度的变化规律。 反射激波温度1 200～1 700 K, 激波压力1.5 atm, 甲基环己烷摩尔分数0.1%, 当量比1.0。 在点火燃烧初始阶段三种自由基几乎同时产生, 自由基持续时间随着温度的升高而变短。 相同温度下CH*和OH*自由基持续时间大于C*2自由基, 在1 400 K以下C*2自由基发光消失。 OH*和CH*自由基发光强度在T<1 400 K时对温度变化不敏感, 而在T>1 400 K时CH*自由基峰值随温度快速增长, C*2和OH*峰值随温度增大比较平缓。 将实验结果和化学反应机理模拟结果进行了对比, 实验获得的OH*自由基时间历程在低温时和机理预测结果吻合较好, 但在高温时有一定差异。 CH*自由基时间历程在高温与机理结果吻合较好, 在低温时机理预测结果CH*自由基持续时间要长于实验结果。 实验测得的结果为含激发态物种化学反应动力学机理的验证和优化提供了依据。