相對于其他診斷技術(shù)PLIF 具有如下特點(diǎn)：

1）非接觸式測量，不干擾待測環(huán)境；

2）時間/空間分辨率高，時間分辨可達(dá)納秒量級，可獲得二維空間信息；

3）靈敏度高，個別組分探測下限可達(dá)106個粒子/cm3；

4）測試目標(biāo)范圍廣，可實(shí)現(xiàn)原子、分子、離子以及自由基團(tuán)的診斷。

基本原理

PLIF基本原理是待測環(huán)境（如火焰）中痕量組分的分子或原子在入射激光的作用下由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，能級差與入射光共振，以達(dá)到在高能態(tài)布聚的效率，為獲得熒光信號提供前提，隨后部分粒子從受激的高能態(tài)回落到不同的低能態(tài)，從不同波長組成的熒光光譜帶，通過總熒光強(qiáng)度測量實(shí)現(xiàn)流場可視化。

由于熒光的檢測時間分辨為納秒量級，對于個別壽命較短的組分，尤其是化學(xué)反應(yīng)中的中間產(chǎn)物，熒光測量可以實(shí)現(xiàn)組分分布的瞬態(tài)凍結(jié)，從而可以從中提取有用的信息。例如針對燃料的燃燒過程，能夠誘導(dǎo)熒光的痕量組分有OH、NO、CHO、H2、H2O和NO2等，它們是火焰化學(xué)反應(yīng)中是活躍和重要的因素，通過對自由基濃度和分布的分析，可以得到火焰結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理、燃燒效率等方面的信息。

一般情況下，熒光的強(qiáng)度與溫度、壓力、組分濃度以及一些已知的實(shí)驗(yàn)參數(shù)有關(guān)，通過采取適當(dāng)措施，可以使熒光強(qiáng)度與組分濃度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)濃度場的定量測量。另外可以利用粒子從受激能態(tài)向低能態(tài)回落與溫度的相關(guān)性，通過比較兩個單脈沖激光誘導(dǎo)的熒光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)溫度測量。由于光與物質(zhì)相互作用發(fā)生的時間非常短暫，激光誘導(dǎo)熒光方法具有很高的靈敏度。與拉曼散射和瑞利散射相比，激光誘導(dǎo)熒光的信號強(qiáng)度要高出5~15個數(shù)量級，這樣更有利于瞬態(tài)信息的捕捉、量化。

PLIF系統(tǒng)采用片狀激光激發(fā)待測環(huán)境的瞬態(tài)組分，測量特定熒光光譜，對該特定光譜進(jìn)行記錄，通過圖像處理，得到相關(guān)成分濃度或者診斷場溫度的空間分布。以火焰為例，通過不同技術(shù)可獲取燃燒過程中組分的一維、二維、三維空間分布，從而確定不同環(huán)境燃燒情況、燃燒效率及燃燒過程。

熒光激發(fā)物理過程示意圖

應(yīng)用

1. 燃?xì)廨啓C(jī)

2. 汽車引擎

3. 工業(yè)燃燒

4. 清潔能源

5. 爆震與爆轟

6. 航空發(fā)動機(jī)

7. 空氣動力學(xué)

8. 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)

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10. 湍流燃燒與CFD驗(yàn)證

典型射流火焰瞬態(tài)組分分布

射流擴(kuò)散火焰OH二維濃度分布

審核編輯黃宇