研究背景及意义
碳氢燃料是我国能源消费的最主要来源[1,2]，而燃烧是人类利用能源的主要手段之一[2,3]，现代社会中离不开燃烧，燃烧已经被广泛的应用于能源生产、交通运输以及材料加工与合成等活动中，如火力发电厂的锅炉，各种交通工具的发动机，都以固体、液体和气体燃料的燃烧产生的热能为动力，在许多工业生产工程中，都以燃料的燃烧来提供热源；人们生活中采暖和生产，都离不开燃料的燃烧。尽管燃烧现象对人类生活水平的提高和社会的进步具有重要意义，但人类社会也面临着由于应用燃烧而带来的挑战。因此加深对燃烧学的研究是合理利用燃烧现象开发高效低污染燃烧技术的有效途径。在这其中反扩散火焰燃烧相比于扩散火焰燃烧其燃料和氧化剂的相对位置与传统扩散火焰相反，即中心通氧化剂，如氧气或者空气，周围通入燃料，独特的燃烧形式使其在操作安全、污染物排放水平以及火焰稳定性方面综合了扩散火焰与预混火焰的优势，在航空航天，工业炉窑及煤气化等工业领域有着广泛的应用潜力[4]。目前国内外的燃烧情况大多是扩散火焰燃烧，而不同燃烧状态下反扩散火焰辐射特性的理论研究却鲜有报道[5]。
本课题针对不同氧气浓度下异辛烷/乙烯反扩散火焰特征研究对反扩散火焰燃烧开展了实验研究，用MATLAB等软件处理火焰图像[6-9]。采用彩色CCD摄像机拍摄燃烧火焰图并用三色法和温度分段线性化方法测量其温度分布[10-12]从而获得异辛烷与乙烯在不同浓度比例混合下对反扩散火焰特征的影响规律，可为探究反扩散火焰燃烧特性研究提供支持，对完善燃烧基础理论具有一定的参考价值。
国内外研究现状
要提高在航空航天，工业炉窑及煤气化等工业化领域的燃烧效率以及更加安全可靠地实施操作[13],有赖于不同条件下对反扩散火焰燃烧特征的实验研究。反扩散火焰的燃烧研究目前仍存在较大空白，国内外研究者对于反扩散火焰燃烧的研究中Wu[14,15]最早对反扩散火焰进行了全面的研究，并根据层流甲烷反扩散火焰的轴向温度和组分浓度分布特征，以及火焰稳定性将反扩散火焰分为六类。反扩散火焰燃烧生成的碳烟颗粒主要集中在火焰外层的富油区，避免了碳烟颗粒被火焰氧化，有助于深入研究碳烟颗粒生成的化学过程[16]。
近年来，随着科学技术的发展，光学测量在燃烧诊断、燃烧产物分析以及火焰温度测量等方面的应用已经越来越广泛。用彩色CCD摄像机拍摄的锅炉煤粉燃烧火焰图像是火焰燃烧过程的客观反映,是对被测对象的直接观察。因此应用图像处理技术从火焰图像所能获得的信息中重建火焰温度场是一项十分有益的工作。Zhen[17]将CCD 技术应用到火焰高度测量中，对比分析了旋流稳态预混火焰与反扩散火焰的燃烧形态特性。Elbaz[18]则通过2D PIV和OH-PLIF测试系统对研究了氧化剂喷流出口雷诺数对甲烷反扩散火焰流场的影响。Hwang[19]通过红外辐射热流计与激光诱导技术研究了富氧燃烧状态下的甲烷扩散火焰，由于反扩散火焰中双焰面结构的热释率重叠现象，使其较常规扩散火焰更易产生强辐射热流。浙江大学的敖文等[20]利用光纤光谱仪分析研究了无定形硼粉燃烧过程中的发射光谱。Mikofski 等[21]通过激光诱导荧光技术测量了不同射流条件下甲烷反扩散火焰的高度。华中科技大学的张敏等[22]采用光谱仪测量富氧乙烯扩散火焰特定波段的辐射强度,通过数学公式反演出乙烯扩散火焰的碳黑浓度分布。
不同氧气浓度的反扩散火焰燃烧可以有效调节火焰的燃烧效率、火焰稳定性、烟气体积以及氮氧化物的排放，并改变火焰燃烧温度。Beltrame[23]通过研究对流富氧扩散火焰，认为氧浓度变化会显著改变扩散火焰的结构和温度分布，且随着氧浓度的增加，火焰会出现明显的分层现象。Cheng对层流富氧同轴射流火焰进行了研究，发现随着氧浓度的增加，火焰高度逐渐降低，而径向尺度却逐渐增宽，同时火焰颜色由黄色逐渐变为明亮白色。BhatiaP[24]对比了常规扩散火焰与反扩散火焰形态随氧浓度增加的变化趋势，发现传统扩散火焰形态更容易受氧浓度变化的影响。相关学者的实验研究在反扩散火焰燃烧领域做出了突出的贡献，为新兴的燃烧方式提供了重要的指导。火焰特征有很多，包括火焰高度，火焰宽度，火焰纹理，火焰轮廓曲线等。研究这些形态特征确有很多方法，对于火焰图像采集并分析的方法有很多，有多种计算机软件分析，对于不同场合和研究目的有不同侧重点，可以对火焰颜色，倾斜角，轮廓粗糙度等多个参数进行记录采集并进行针对性分析，用火焰面积，圆形度，尖角数目等表示火焰特征。分析时，大多先对图像进行灰度处理，并排除掉烟尘等杂质和光路影响，提高图像清晰度，多使用平滑，降噪，边缘检测等方法。
参考文献
[1]吕建燚, 翁清龙. 乙烯/空气反扩散火焰中气体温度及碳烟体积分数的分布特征[J]. 化学学报, 2011, 69(8):1011-1016.
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