吴涛峰, 栾银森, 施圣贤

上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240

0 引 言

光学诊断技术具有高时空分辨率和非接触性等优势，已经逐渐成为精确测量流体参数的重要手段[1]。在流体动力学和燃烧诊断中，仅测量流体单个参数(如温度或速度)通常无法反映其整体属性。因

此，研究者通过组合不同的光学技术同时测量流场多个参数，以实现对流动机理的深层研究。例如，为实现低污染物排放和高功率密度，现代燃烧室通常被设计为以高度湍流的方式燃烧贫油混合物[2]。在这种燃烧条件下，流动和传热之间具有很强的耦合化学反应，需要对速度和温度进行多维联合测量，以了解这些物理量之间相互作用的机制[2]。此外，测量所得结果对于验证和进一步改善大涡模拟(Large Eddy Simulation，LES)所获得的湍流反应流数值计算结果也具有十分重要的意义[3]。

近几十年来，研究者针对流体速度和温度测量开展了大量研究。

在速度测量方面，随着粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)的不断发展，非接触式精确获取流体速度场的测量手段日趋成熟[4]，衍生了立体PIV(Stereo-PIV)、扫描PIV(Scanning-PIV)、数字离焦PIV(Defocusing PIV, DPIV)、全息PIV(Holographic PIV, HPIV)、层析PIV(Tomographic PIV, Tomo-PIV)、合成孔径PIV (Synthetic Aperture PIV, SAPIV)等技术。其中，Tomo-PIV是当前应用较为广泛的三维流场测速技术，但通常需要使用4～8台相机从不同角度拍摄[5]，需要较多光学窗口，且校准过程较为繁琐。针对该问题，作者所在课题组与美国Brain Thurow团队分别开展了单相机光场测速技术(Light-Field PIV, LF-PIV)的相关研究[6-9]，该技术所用图像采集设备结构紧凑，特别适用于受限光学空间的流动测量实验，且在一定条件下可达到与Tomo-PIV相近的测量精度。……