- 文献综述（或调研报告）：
3.1.燃烧过程数值模拟研究现状
火焰温度场的确定是燃烧过程研究的重点之一，实际火焰温度测量时，常常会造成对火焰燃烧过程的干扰，由于燃烧在时间和空间上的复杂性，也难以做到一些状态及物性参数的同时测定。数值模拟研究形成了实验观测和基本理论研究之间的纽带，通过对燃烧过程进行模拟，避免了实验测量对燃烧过程的影响，帮助我们获得相对于实验研究更为详细和全面的信息，并且可以进行动画演示，重现燃烧过程随时间的变化。在燃烧器研发或者不具备现场实验的特殊情条件下，数值模拟也可以对燃烧情况进行模拟和预测，节省财力人力，帮助改善燃烧系统。
确定燃烧过程的反应机理，对于模拟燃烧过程十分重要，但实际的反应过程包括成千上万种组分和基元反应，计算量巨大，燃烧计算无法做到，所以，需要将详细的燃烧化学反应机理进行简化，得到简化的化学动力学模型，以减少计算时间和存储量。如Varatharajan和Williams[1-2]模拟研究了乙烯的点燃和爆燃，根据组分浓度和温度的变化情况，自燃时间以及随后相关的放热，提出了一种详细的机理，该机理由34种化学物种中的148个可逆基本反应组成，为开发简化描述提供了基础。随后又通过稳态和部分平衡近似简化先前描述的34种化学物质中148个步骤的详细机理，从中依次删除不重要的步骤，得到涉及21个化学物种中的38个不可逆的基本步骤，简化了用于点火和爆燃研究的燃烧模型，促进乙烯空气混合物多维着火和爆燃过程的计算研究。Carriere等[3]模拟乙烯的燃烧过程，在相同的反应条件下，对两个乙烯-氧气燃烧系统以不同的压力对数据进行了建模。这套模型与以前的模型之间的主要区别在于其中复杂的C2H3 O2反应的建模。根据有关C2H3 O2系统势能面的最新发现，计算了新的速率常数。
这些研究都是对燃烧过程的动力学模拟，动力学的模拟主要考虑不同燃料的反应动力学模型，考虑的是反应机理和化学反应动力学的问题，对于模型的发展和污染物的形成详细过程的理解是很重要的研究途径。事实上，燃烧过程往往是流动，辐射和化学反应共同作用的物理化学过程，涉及到流体力学，传质传热，热力学以及化学反应动力学等输运学的知识，因此，单一的动力学模拟研究对于燃烧过程及火焰温度场的模拟是不够的，有必要在化学反应动力学模拟研究的基础上，进行化学反应动力学与计算流体力学（CFD），以及烟黑模型的耦合模拟研究。张引弟等[4]采用动力学模型与CFD代码耦合，对二维层流乙烯、空气扩散火焰的温度和体积浓度分布进行模拟研究，并对计算结果进行了实验测量验证。并且在常压、化学计量比条件下的一维预混火焰中，采用敏感性分析、反应路径分析(RPA)结合准稳态假设(QSSA) 和计算机帮助简化机理(CARM)程序包，发展了一个19组分20步的简化动力学模型。进而分别在PSR反应器中分析测试和在一维预混火焰中验证。结果表明，简化的模型能够在一个较大当量比范围内(0.01~2.5) 合理的预测乙烯在空气中燃烧的各特征量。Sirine等[5]对甲烷/空气微喷射辅助火焰特性进行数值模拟，燃烧，辐射和湍流建模分别采用假定的PDF模型，DO模型和带有Pope校正的k-epsilon标准模型，研究了微喷速度和直径对甲烷/空气火焰混合过程和烟灰排放的影响。由于多维数值模拟的难度，以及乙烯燃烧反应机理比甲烷更为复杂，乙烯扩散燃烧的三维模拟还需要进一步的研究。
3.2.光场成像模型研究现状
在过去的几十年中，各种用于火焰3D温度场测量的技术不断发展，例如基于激光的诊断[6-8]和光场成像技术[9-12]。作为非接触式火焰测量方法之一的光场成像技术，是通过捕获并记录火焰的多角度辐射强度信息，经过火焰信息的后处理和整合，实现火焰温度和辐射特性的三维重建。与基于激光的诊断系统相比，光场成像技术的系统设备更少，更利于实现。
Hossain等[9-11]开发了光学层析成像算法，孙俊等[13] 提出了一种基于单光场相机重建火焰三维温度场的新方法。还为火焰建模了单个光场相机的辐射成像。在此模型中，主光线代表投射到CCD传感器像素上的光束。来自摄像机外部火焰的射线的辐射方向是根据基于几何光学的薄透镜方程获得的。由像素在CCD传感器上记录的主光线的强度基于辐射传递方程进行数学建模。然后通过使用最小二乘QR分解算法（LSQR）求解数学模型来重建火焰的温度分布，并通过数值模拟和实验研究了该方法的有效性。
Janith等[14]提出基于光场相机对多喷嘴火焰的结构，相互作用和空间差异等进行三维可视化的图像重建技术。使用单个增强型电荷耦合设备相机以等间隔的角度增量获取视线图像，通过对获取的视线图像应用滤波反投影算法，重建火焰的3D图像。通过将重建的图像与测得的非强制火焰的视线下游图像进行比较，证明了重建技术的准确性，并评估了获取的投影图像的数量对重建质量的影响。
孙俊等[15]提出了火焰辐射光场成像光线追迹方法，介绍了火焰内部辐射传输过程及光线辐射强度的计算方法，耦合光场成像与火焰辐射传输模型，建立了火焰辐射光场成像数学模型。计算了不同类型光场相机和不同火焰物性参数下的火焰辐射光场图像，提出了火焰辐射光场图像有效像素和像素利用率的概念，以衡量图像探测器采集火焰辐射信息的能力,计算分析了火焰不同深度处的重聚焦图像。Tian等[16]通过模拟温度分布不均匀的光场成像来简化重建过程，并建立质量评估系统。
光场成像模型的建立连接了火焰三维温度场和光场图像，通过数值模拟所获得的火焰三维温度场和光场成像模型，即可获得火焰的光场图像，同时，火焰温度场的数值模拟结果也为光场成像重建三维温度场提供初始的反演值，并验证温度场重建系统的准确性。
