基于多颜色激光吸收光谱的平面火焰精密温度测量

本工作发展了一种基于吸收的准确且稳健的方法，用于对燃烧及反应流中的气体温度进行空间分辨测量，单次测量不确定度通常在 1% 量级。该方法利用窄线宽激光吸收热 CO$_2$ 分子，该分子可来自燃烧或人工种植到流中。共线双激光 setup 允许对每 100 $\mu s$ 周期性扫描 $\nu_3$ 带带头附近数十个 CO$_2$ 吸收过渡，从而以高灵敏度和稳健性确定气体温度（以及 CO$_2$ 浓度）。通过由电驱动的高速光束扫描系统实现空间分辨测量，系统包括 2-D galvo 扫描器和一对离轴抛物面镜。在平面场测量速度为 200 Hz、体积场测量速度为 2 Hz 时，实现了约 1 mm 的有效空间分辨率。还开发了一个受物理约束的非线性推断框架用于定量分析测量数据。概念验证实验在不同当量比和流速下稳定在麦肯纳火焰上进行，结果在渐近上与绝对火焰温度理论值一致。对几何复杂火焰的额外实验表明，当前温度测量方法在分辨率、精度和对比度方面实现了优秀的水平。该方法因其高性能指标和相对易用性，具有在未来燃烧研究中发挥重要作用的潜力。