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燃烧火焰的温度及其组分浓度是燃烧过程中非常重要的两个参数,表征了污染物排放的多少,燃烧效率的高低,发动机性能的优劣等。因此,发展适用于高温燃烧环境的先进气体检测技术已成为近些年来众多学者研究的热点。可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)作为一种非侵入式、响应速度快、抗干扰能力强的光谱检测技术,已经在燃烧流场诊断中发挥了重要的应用,它可以实现组分浓度、温度、压力和流速等多参数的在线精确测量。由于受到热传递、气流波动、燃料分布不均、边界层效应等因素的影响,燃烧流场通常具有一定的非均匀性。本文深入地研究了 TDLAS技术在燃烧火焰温度和组分浓度测量方面的应用,同时研究了计算机层析成像算法(Computed tomography,CT),实现了平焰炉表面燃烧场的二维重建。首先基于HITRAN2012数据库选择了 H20的7154.35 cm 1和7467.77 cm 1这两条测温谱线,在实验室搭建了高温炉实验系统,进行了选线验证和温度测量方法研究,同时对McKenna平焰炉燃烧当量比为1的火焰进行了温度浓度连续测量,验证了吸收光谱法测温的可行性。然后系统地研究了两种典型的重建算法—滤波反投影算法(FBP)和代数迭代算法(ART)。对于FBP算法,模拟研究了少光束投影下的场分布重建,提出了吸收系数的归一化处理方法,获取了准确的浓度分布图像,研究了平行射束扫描时,单视角下光线数目、投影角度个数和投影数据噪声对重建精度的影响,提出针对圆对称场的FBP重建方法。对于ART算法,在传统方法的基础上,本文提出采用自适应松弛因子、加入平滑准则、考虑非负限定三个措施来改善重建效果。研究了一种求解ART投影系数的递推算法,实现了任意网格划分下投影系数的快速精确计算。改进了浓度重建的传统方法,提出一种二次迭代直接重建浓度法,获得了更加精确的H20浓度重建结果。同时研究了不同的投影光线总数和正交光束布局对温度重建精度的影响,为实际实验中投影光线布局提供了理论参考。最后在实验室已有直径为60mm的McKenna平焰炉上,搭建了一套燃烧流场二维重建系统,设计了一种光束插空布局的光机结构,解决了有限重建区域下的多光束扫描难题。利用Labview编写了数据采集与处理软件,实时在线获取了投影数据,并多次测量取平均值,有效地消除了偶然误差。基于FBP算法实现了圆对称燃烧场分布测量,解决了完备投影数据获取难题。基于改进ART算法进行了正交光束布局的场分布测量,实现了高分辨率11×11的二维温度浓度重建。将旋转台和平移台结合起来使用,通过单光路扫描加旋转的方式在正交方向布置了更多的光束,获得了 15×15的更高分辨率重建,在此基础上,加入10条倾斜光束作重建限定约束,可以使重建图像趋于炉面几何形状的真实结构。将实验中重建出来的炉面中心区域13个燃烧较为稳定的温度像素值与热电偶点测结果进行对比分析,结果发现二者的最大偏差是6.8%,平均偏差为4.0%,验证了二维重建算法的可行性。本论文通过吸收光谱选线、重建算法研究、数值模拟分析、实验测量验证,发展了基于TDLAS技术的燃烧流场温度和组分浓度的二维分布重建,实现了燃烧火焰非均匀流场的高分辨高精度测量,对于推动TDLAS技术在燃烧流场诊断中的应用研究具有重要的理论指导意义和工程实验价值。