我国科研团队实现火焰流动与化学反应同步成像技术突破

来源：中国能源新闻网 时间：2026-01-08 09:25

　　中国能源新闻网讯（裴沛）近日，我国科研团队在燃烧诊断领域取得重要进展，成功实现火焰流动结构与化学反应区的高速同步成像。该研究通过搭建10kHz高速PIV-PLIF同步耦合测量系统，在国际上首次实现了湍流火焰中速度场与化学组分分布在同一时刻、同一平面的精准同步观测，为我国燃烧基础科学研究及能源动力装备的优化设计提供了先进的实验手段。为湍流燃烧机理研究与清洁燃烧技术开发提供关键技术支撑。

　　破解燃烧研究关键技术瓶颈

　　湍流火焰中流动与化学反应的瞬态耦合机制一直是燃烧学研究的核心难题，直接影响火焰稳定性、燃烧效率及污染物生成。传统测量方法仅能单独获取流场信息或反应区分布，无法揭示二者之间的动态关联。

　　某国家实验室联合中科君达视界搭建一套以高速摄像机为核心采集端的PIV-PLIF同步耦合诊断系统，实现火焰流动结构与化学反应区在同一时刻、同一平面上的同步成像，定量揭示湍流剪切、涡结构演化与火焰动态响应之间的瞬态耦合关系。

　　研究团队创新集成高速粒子图像测速技术与平面激光诱导荧光技术，通过高精度时空同步控制，克服了多物理场信号分离采集的技术障碍，实现了对湍流火焰瞬态演化过程的完整捕捉。

　　自主研发同步耦合系统，实现多项技术突破

　　实验采用千眼狼高速粒子图像测速（PIV）与平面激光诱导荧光（PLIF）同步耦合测量，在同一时刻、同一测量平面实现火焰流动结构与化学反应区的同步成像。通过将 PIV 速度场与 PLIF 荧光场进行空间配准与同帧叠加，可用于分析湍流剪切、涡结构演化与火焰动态响应之间的瞬态耦合关系。

　　该研究采用国产千眼狼高速相机与激光器，结合自主设计的同步触发与光路耦合方案，主要突破包括：

　　空间同步精度提升：通过共面标定与坐标映射，实现PIV流场与PLIF荧光场亚像素级空间匹配；

　　时序同步控制：基于纳秒级延时触发技术，确保双系统在10kHz采集频率下的严格同步；

　　信号可靠性优化：建立激光能量脉动修正与片光强度分布校准方法，显著提升数据定量化水平。

　　揭示湍流火焰动态耦合规律

　　实验结果表明，该系统能够清晰捕捉涡旋结构与火焰锋面的相互作用过程。当流场中出现剪切涡或回流区时，火焰面同步发生褶皱、拉伸甚至局部淬熄，直观揭示了流动扰动对燃烧反应的实时影响。该成果为发展“流动-化学反应”耦合模型、预测燃烧不稳定性和优化低排放燃烧室设计提供了关键实验依据。

　　推动能源动力装备技术自主创新

　　此项技术的突破，将直接支撑航空发动机、燃气轮机、工业锅炉等装备的高效低污染燃烧研发。通过精准解析湍流燃烧过程，可为我国下一代能源动力系统的设计与调控提供理论基础与数据支撑，助力实现“双碳”目标下燃烧技术的升级转型。

　　目前，该团队积极推动技术成果在工程实践中落地应用。未来，研究将进一步拓展至其他低碳燃烧领域，持续为我国能源科技自立自强提供创新动力。

责任编辑：王萍