Optics Express · 2020
单激光实现对冲火焰的高空间分辨测温
Spatially and temporally resolved temperature measurements in counterflow flames using a single interband cascade laser
高精度、快速测温是理解燃烧过程与验证反应机理的重要基础。研究发展单激光器的空间与时间分辨测量方法，解析对冲火焰中的温度分布。
研究动机
对冲火焰是研究燃烧反应和污染物生成的重要基础火焰，其温度梯度大，含碳烟火焰还可能超过常用热电偶的适用范围。激光吸收虽可非接触测量，但视线方向的温度不均匀会影响结果，需要兼顾空间分辨率与非均匀场反演。
研究方法
采用单台带间级联激光器扫描4.2 μm附近的CO₂吸收谱线，将轴心处光斑半高全宽缩小至约150 μm。针对轴对称对冲火焰，分别采用高光谱层析和带径向分布拟合的多谱线测温，并结合5 kHz激光扫描探索瞬时温度测量。
主要结论
- 在无碳烟、碳烟生成及碳烟生成/氧化等四种对冲火焰中，测得1654–2720 K的峰值温度，轴向温度分布与相应数值计算吻合。
- 层析方法与多谱线拟合获得的高温核心区温度相互一致，支持对视线非均匀性的处理；所选谱线对低温边缘区的温度重建约束较弱。
- 基本稳态火焰实验验证了0.2 ms采样间隔下的单次扫描测温；数值虚拟实验进一步检验了方法对毫秒级瞬变火焰的适用性。
论文信息
Optics Express · 2020 · 28(25) · 37879–37902
论文来源（DOI）