随着全球能源危机的日益严重和人们对环境问题的逐渐关注,提高燃烧设备的燃烧效率、减少污染物排放成为广大学者研究的热点。温度是反映燃烧状态的一个重要参数,其准确测量对于了解燃烧过程和完善燃烧理论具有重要指导意义。温度和辐射特性参数是耦合在一起的,因此实现温度和辐射特性参数的同时准确测量是一种有效的方法。火焰的辐射光谱和图像中包含着与温度和辐射特性有关的大量信息,利用这些信息结合特定的算法可以计算得到火焰表观温度、黑度、内部温度、辐射介质颗粒浓度等多个参数。本文将研究如何利用火焰辐射光谱和图像测量这些参数,论文的主要研究内容如下：基于火焰可见光波段内的辐射光谱和图像开展火焰表观温度和黑度测量研究,研究对象为城市固体废弃物垃圾燃烧火焰。与常见的煤粉燃烧火焰不同,此类火焰的辐射光谱在可见光波段内存在两条强烈的特征谱线,分别为590nm处Na特征谱线和767nm处K特征谱线。研究过程中首先进行了光谱分析：利用双色法以3nm为波长间隔计算500-900nm波段内的温度分布和黑度分布,根据黑度随波长变化规律判定火焰的灰性波段区间。在500-900nm波长范围内,除Na、K特征谱线之外的连续辐射光谱满足灰性。由于Na、K特征谱线远离本文所用图像探测系统的R、G中心波长,敏感性分析表明此两条特征谱线的存在未对图像法测温造成较大干扰,因此图像法适用于此类火焰的温度和黑度测量。现场检测试验分别利用光谱法和图像法测量得到了炉膛三层不同高度、八个测点处的火焰温度分布和黑度分布。以吸收、发射、无散射、轴对称含烟黑的乙烯层流扩散火焰为研究对象,利用非单色可见光火焰图像开展火焰温度和烟黑颗粒体积浓度同时重建的数值模拟研究。研究过程中首先讨论了不同重建算法对温度和烟黑颗粒体积浓度重建精度的影响：在正确选择正则化参数前提下,Tikhonov正则化算法的抗噪性相对较强；其次分析了自吸收项对重建结果的影响：忽略自吸收项会在火焰轴心处高估烟黑颗粒体积浓度而低估火焰温度；最后分析了重建算法对不同光学厚度的适应性：利用文中提出的同时重建算法在6倍大光学厚度下仍可以得到良好的结果,这说明算法具有很广的对象适应性。利用火焰可见光辐射光谱和图像开展轴对称乙烯/空气层流扩散火焰的温度和烟黑颗粒体积浓度同时测量的实验研究。光谱测量时首先利用光谱仪采集火焰在可见光波段的辐射光谱,根据基于双色法的灰性判断原理判定火焰的灰性波段区间,在此基础上计算得到了350-800nm波段内火焰的黑度分布,其次根据吸收系数与黑度的之间的函数关系得到了烟黑颗粒的吸收系数分布特性。图像测量时首先利用单台相机结合图像处理技术测量得到高分辨率火焰图像(1mm/65pixels),其次在求解辐射传递方程过程中利用吸收系数分布特性对烟黑颗粒的非灰辐射特性进行修正。实验测量得到了三个不同乙烯流量下的火焰温度和烟黑颗粒体积浓度二维轴对称分布。开展O2/N2和O2/CO2气氛下乙烯富氧燃烧火焰的燃烧特性实验研究。首先利用火焰辐射光谱和图像测量得到了两种气氛下30%、40%、50%三种氧浓度的火焰温度分布和烟黑颗粒体积浓度分布。O2/N2气氛下最高火焰温度随氧浓度升高而升高,最高烟黑颗粒体积浓度在50%氧浓度时略微下降；O2/2气氛下最高烟黑颗粒体积浓度均高于空气气氛下；O2/CO2气氛下最高火焰温度和最高烟黑颗粒体积浓度均随氧浓度的升高而升高；与O2/CO2气氛下燃烧相比,相同氧浓度下O2/N2气氛下火焰的温度和烟黑颗粒体积浓度、火焰长度、可见光辐射强度均相对较高；利用Roper解可以准确地预测O2/N2气氛下的火焰长度,而O2/CO2气氛下的预测结果相对较差；修改Roper经验公式中的参数后,O2/CO2气氛下的预测结果得到了很大改善。