我國科研團(tuán)隊實現(xiàn)火焰流動與化學(xué)反應(yīng)同步成像技術(shù)突破
來源：中國能源新聞網(wǎng) 時間：2026-01-08 09:25
中國能源新聞網(wǎng)訊（裴沛）近日，我國科研團(tuán)隊在燃燒診斷領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功實現(xiàn)火焰流動結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)區(qū)的高速同步成像。該研究通過搭建10kHz高速PIV-PLIF同步耦合測量系統(tǒng)，在國際上首次實現(xiàn)了湍流火焰中速度場與化學(xué)組分分布在同一時刻、同一平面的精準(zhǔn)同步觀測，為我國燃燒基礎(chǔ)科學(xué)研究及能源動力裝備的優(yōu)化設(shè)計提供了先進(jìn)的實驗手段。為湍流燃燒機理研究與清潔燃燒技術(shù)開發(fā)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
破解燃燒研究關(guān)鍵技術(shù)瓶頸
湍流火焰中流動與化學(xué)反應(yīng)的瞬態(tài)耦合機制一直是燃燒學(xué)研究的核心難題，直接影響火焰穩(wěn)定性、燃燒效率及污染物生成。傳統(tǒng)測量方法僅能單獨獲取流場信息或反應(yīng)區(qū)分布，無法揭示二者之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)。
某國家實驗室聯(lián)合中科君達(dá)視界搭建一套以高速攝像機為核心采集端的PIV-PLIF同步耦合診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)火焰流動結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)區(qū)在同一時刻、同一平面上的同步成像，定量揭示湍流剪切、渦結(jié)構(gòu)演化與火焰動態(tài)響應(yīng)之間的瞬態(tài)耦合關(guān)系。
研究團(tuán)隊創(chuàng)新集成高速粒子圖像測速技術(shù)與平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)，通過高精度時空同步控制，克服了多物理場信號分離采集的技術(shù)障礙，實現(xiàn)了對湍流火焰瞬態(tài)演化過程的完整捕捉。
自主研發(fā)同步耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)多項技術(shù)突破
實驗采用千眼狼高速粒子圖像測速（PIV）與平面激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）同步耦合測量，在同一時刻、同一測量平面實現(xiàn)火焰流動結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)區(qū)的同步成像。通過將 PIV 速度場與 PLIF 熒光場進(jìn)行空間配準(zhǔn)與同幀疊加，可用于分析湍流剪切、渦結(jié)構(gòu)演化與火焰動態(tài)響應(yīng)之間的瞬態(tài)耦合關(guān)系。
該研究采用國產(chǎn)千眼狼高速相機與激光器，結(jié)合自主設(shè)計的同步觸發(fā)與光路耦合方案，主要突破包括：
空間同步精度提升：通過共面標(biāo)定與坐標(biāo)映射，實現(xiàn)PIV流場與PLIF熒光場亞像素級空間匹配；
時序同步控制：基于納秒級延時觸發(fā)技術(shù)，確保雙系統(tǒng)在10kHz采集頻率下的嚴(yán)格同步；
信號可靠性優(yōu)化：建立激光能量脈動修正與片光強度分布校準(zhǔn)方法，顯著提升數(shù)據(jù)定量化水平。
揭示湍流火焰動態(tài)耦合規(guī)律
實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠清晰捕捉渦旋結(jié)構(gòu)與火焰鋒面的相互作用過程。當(dāng)流場中出現(xiàn)剪切渦或回流區(qū)時，火焰面同步發(fā)生褶皺、拉伸甚至局部淬熄，直觀揭示了流動擾動對燃燒反應(yīng)的實時影響。該成果為發(fā)展“流動-化學(xué)反應(yīng)”耦合模型、預(yù)測燃燒不穩(wěn)定性和優(yōu)化低排放燃燒室設(shè)計提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)。
推動能源動力裝備技術(shù)自主創(chuàng)新
此項技術(shù)的突破，將直接支撐航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C、工業(yè)鍋爐等裝備的高效低污染燃燒研發(fā)。通過精準(zhǔn)解析湍流燃燒過程，可為我國下一代能源動力系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)控提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下燃燒技術(shù)的升級轉(zhuǎn)型。
目前，該團(tuán)隊積極推動技術(shù)成果在工程實踐中落地應(yīng)用。未來，研究將進(jìn)一步拓展至其他低碳燃燒領(lǐng)域，持續(xù)為我國能源科技自立自強提供創(chuàng)新動力。
責(zé)任編輯：王萍
