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。

平面激光诱导荧光是一种高时间和空间分辨率、非接触的激光诊断技术, 是研究流场和燃烧场的重要技术手段。高速PLIF技术相对于现有的低速PLIF技术具有众多优势, 高超声速飞行器、燃烧场、空气声学和等离子体等领域的发展, 需要重复频率在10 kHz以上的高速PLIF技术对湍流场和反应场进行研究, 以掌握其反应过程并进行优化。高重频、大能量脉冲激光器的缺乏是限制高速PLIF技术实现的主要原因。针对高速PLIF技术及其光源的发展状况做了全面的综述, 对比说明了不同类型激光光源的特点, 并对脉冲串激光器作为高速激光诊断光源的前景进行了展望。

微射流火焰形貌观测及火焰中重要基元的准确测量, 对利用微尺度火焰燃烧特性研制开发微型燃烧动力系统具有重要意义。本文建立了微喷管射流火焰实验及光学测量系统, 对H2和CH4微射流火焰进行了实验研究, 测量了两种重要基元(CH,OH)的空间分布。首先, 探索了相机曝光时间对H2微射流火焰成像的影响, 得到了不同流速下H2微射流火焰形貌的变化规律。其次, 采用平面激光诱导荧光测量技术得到了不同燃料流速下H2及CH4微射流火焰中OH基元分布,同时还利用单反相机加CH滤镜通过长时间曝光(30 s)的方法获得了CH4微射流火焰中CH基元的分布。结果表明, 火焰图像清晰度随曝光时间增加提高, 曝光时间30 s时可获得H2微射流火焰的清晰照片; 采用分辨率2 048×2 048的ICCD相机可获得微尺度火焰OH基元分布的清晰图像。微射流火焰形貌及重要基元的实验结果表明相关数值计算方法准确可靠。

研究并评价了单幅荧光图像的降噪方法, 以便真实、有效地获得用于瞬态流场测量的荧光图像的流场参数。分析了单幅荧光图像中的噪声来源, 根据对双线测温信息提取的影响程度, 确定米散射强噪声作为主要的滤波对象。分析了不同数字滤波方法的适用范围, 并对丙酮荧光显示的流场图像进行了降噪处理。通过检查荧光图像与滤波处理图像的差值图像中含有荧光图像结构信息的程度评价了降噪效果。比较表明, 形态学开运算图像重构滤波方法对荧光图像中米散射强噪声去除效果较好, 并可较好地保护图像中原有荧光信息的细节。采用形态学开运算图像重构滤波方法对Q2(11)线与P1(7)线激励甲烷/空气预混火焰获得的荧光图像进行处理, 得到了较为平滑的二维温度分布, 测量温度在2 000 K左右。结果表明, 形态学滤波方法在瞬态流场定量测量的PLIF图像降噪处理方面具有一定的应用潜力。

分析了激励激光光强分布对平面激光诱导荧光(PLIF)实验中荧光强度的影响。基于柱面微透镜列阵设计了一套激光片状光束匀滑整形系统，并根据PLIF实验的具体要求，通过光线追迹方法优化了系统参数。建立了片状光束整形实验系统，对染料激光进行了匀滑整形，获得了不均匀性＜4%的均匀片状光束，满足了PLIF实验所需。在此基础上建立了PLIF实验系统，获得了酒精灯火焰和CH4/air预混火焰中OH的二维荧光分布。

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术,通过选择适合的OH自由基激励线,定量测量了甲烷-空气燃烧火焰的二维温度场分布.给出炉面中心上方火焰温度随离炉面高度的变化和距炉面12 mm高处沿炉面水平方向变化的实验测量结果并进行了讨论与分析.与利用相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)技术进行测温的实验结果相比,该测量的相对不确定度优于5%.