清華大學聯手北京安洲科技有限公司，利用其美國SOC710高光譜成像裝置進行乙烯火焰測量和研究。乙烯層流擴散火焰是通過一套同流層流擴散火焰燃燒器產生的?；鹧娴妮椛鋱D像通過一套高光譜成像設備(型號：SOC710VP)拍攝。圖(a)給出了由一套同流擴散火焰燃燒器、一臺高光譜成像設備和一臺筆記本計算機組成的實驗系統原理圖。圖(b)是實驗系統的照片。
(a) 原理圖 (b) 照片
圖1 實驗裝置的原理圖和照片
對于軸對稱的乙烯層流擴散火焰，火焰的成像機理如下圖所示：
圖2 火焰斷面網格劃分和成像機理
圖中路徑l的成像方程可以表示為：
(1)
式中，к表示吸收系數，Δlj,i表示路徑j關于網格i的積分路徑，H是局部光譜輻射源項。采用如下圖所示的迭代過程計算火焰溫度和煙黑顆粒吸收系數和體積分數分布：
圖3 迭代流程圖
本實驗研究針對三種不同氣氛，即空氣、富氧空氣、氧氣/二氧化碳富氧空氣，共十個工況的火焰進行測量，結果如下：
1) 空氣工況
表1 空氣工況設定
針對以上四種工況分別截取了半邊乙烯層流火焰圖像，并計算了火焰溫度、煙黑顆粒體積分數和吸收系數。
工況1
工況2
工況3
工況4
2)空氣/氧氣工況
表2 空氣/氧氣富氧工況設定
工況5
工況6
工況7
3)氧氣/二氧化碳工況
表3 氧氣/二氧化碳富氧工況設定
工況8
工況9
工況10
主要結論：
1)煙灰體積分數的峰值位于溫度峰值位置的內部，表明煙灰形成是由不完全燃燒反應引起的。
2)在空氣工作條件下，最高溫度位于火焰邊緣和火焰根附近的區域。乙烯流量的減少將導致煙灰體積分數降低。
3)在富氧空氣的工作條件下，火焰的頂部為火山狀，火焰邊緣附近的火焰根部附近區域和火焰根部的上部分別有兩個溫度峰。前者來自燃燒器特性，后者歸因于氧化劑特性。較高的氧含量將產生較高的溫度峰值，但同時會產生較低的煙灰體積分數峰值。
