近日，第五届碳中和科学与工程学术会议在重庆顺利召开。大会以“聚焦双碳战略前沿，共筑绿色低碳未来”为主题，围绕二氧化碳捕集与封存、煤炭绿色低碳开发、CCUS及储能安全等核心方向展开研讨。作为高速摄像机与粒子图像测速PIV系统知名厂商，千眼狼（Revealer）携NEO25、S1315高灵敏度高速摄像机与PIV-PLIF同步耦合测量系统参展，并作题为《基于PIV的燃烧火焰流场测量技术》技术专题报告，重点展示了高速PIV-PLIF同步耦合测量在碳中和相关实验研究中的价值与应用。

一、碳中和研究中的热点与技术挑战：燃烧流场与反应区耦合

“双碳”目标驱动下，能源系统低碳转型对燃烧工程的精确控制提出了更高要求。无论是煤炭清洁高效利用，还是氢能、氨能新型燃料的燃烧稳定性研究，流动结构与化学反应区之间的瞬态耦合关系始终是决定燃烧效率、污染物生成与碳排放水平的关键问题。

当前研究中存在以下挑战：

●流动-反应耦合复杂性：火焰稳定性、燃烧效率以及污染物生成高度依赖流动结构与化学反应的瞬态耦合，传统单一测量手段难以捕捉耦合现象。

●非同步测量带来的时空错位：PIV，PLIF分步实验或独立采集无法建立流动扰动与反应区变化的因果对应关系。

●高频瞬态现象：燃烧系统中涡结构、湍流剪切等现象瞬时变化显著，常规成像设备无法获得高时间分辨率。

●激光能量波动与光强分布不均问题：PLIF信号易受脉冲能量涨落及片光空间分布不均影响，造成反应区强度误判。

上述挑战在会议多个专题中均有体现，在“CCUS及储能安全”“煤矿瓦斯及煤系气绿色开发”等方向中，对多物理场同步测量的存在需求。

二、千眼狼高速PIV-PLIF同步耦合测量系统及核心技术能力突破

针对上述痛点，工程师们基于千眼狼高速摄像机构建了10 kHz PIV-PLIF同步耦合测量系统，实现火焰流动结构与化学反应区在同一时刻、同一平面的同步成像，关键技术包括：

●PIV-PLIF空间耦合标定技术：通过共视标定板完成速度场与荧光场空间映射与镜头畸变校正，实现物理坐标一致，确保两套系统空间对准精度优于亚像素级。

●时序同步技术：采用数字延时脉冲发生器统一管理两台千眼狼高速摄像机、像增强器、PIV双脉冲激光器、PLIF泵浦激光器与染料激光器的触发链路。以高速摄像机触发为主时基，结合激光发射延时与像增强器门控窗口设定，实现ns级同步精度。

●PIV激光能量脉动修正技术：引入光电二极管对每个激光脉冲能量进行同步采样，由示波器记录脉冲峰值并建立能量基准序列。通过千眼狼RFlow4 流场测量软件将能量序列与PLIF图像帧编号对齐，实现灰度强度逐帧校正，有效消除强度变化误差。

●PLIF片光能量分布修正技术：对高斯分布的激光片光横截面光强进行均匀化处理，使荧光信号空间强度更接近真实火焰反应区。

●耦合分析技术：完成空间与时序对准后，对同帧PIV速度场与PLIF荧光场进行叠加分析，直观呈现火焰锋面拓扑变化与局部流动结构的对应关系。

三、应用案例 火焰流动-化学反应耦合机制实验

1.背景：某国家实验室需研究湍流火焰中涡结构与反应区动态响应关系，传统方法难以同步获取流场与反应区信息。

2.方案：一台千眼狼S1310高速摄像机用于采集PIV粒子图像，同步耦合另一台搭载像增强器的S1310高速摄像机采集OH-PLIF信号；双脉冲527 nm激光器激发1 μm Al?O?示踪粒子用于采集PIV图像，可调谐染料激光激发OH自由基用于PLIF图像采集。

3.价值：通过将PIV速度场与PLIF荧光场进行空间配准与同帧叠加，可揭示湍流剪切与涡结构演化对火焰锋面褶皱、弯折及反应区动态响应的瞬态耦合规律。

四、结语：测量技术助力碳中和目标

随着“双碳”研究深入，燃烧与碳减排实验正向高频瞬态、多物理场耦合方向发展。高速PIV-PLIF同步测量技术，实现流场与化学反应区的同帧可视化，揭示湍流结构与反应区的瞬态耦合关系。从单一现象观察向机理解析转变，为燃烧优化、CCUS过程强化及新能源研究提供高质量实验数据支撑。千眼狼（Revealer）高速摄像机与PIV-PLIF同步耦合测量系统，正成为“双碳研究”科研中的核心诊断工具。