本文利用平面激光诱导荧光技术研究甲烷-空气旋射流扩散火焰中氢氧自由基(OH)的分布。通过OH-PLIF测量技术在已经设计完成的燃烧器(旋风燃烧器)开口上观察不同甲烷和空气的质量流量配比对火焰的温度,OH基荧光灰度值,颜色变化,火焰的尺寸的影响,NO_X浓度的排放量以及这些因素和OH浓度分布的关系。OH基作为燃烧化学反应的中间产物,其分布可以近似看作火焰反应区结构。利用平面激光诱导荧光技术研究甲烷/空气旋射流扩散火焰中反应区结构。采用一步总包反应机理对甲烷-空气扩散燃烧进行大涡模拟,分析不同进气压力对流场的影响。该燃烧室中甲烷与空气分别在底部切向交错喷入,燃烧产物在轴向排出。利用亚网格应力模型与有限速率/涡耗散燃烧模型等对旋流燃烧室内湍流燃烧过程及重要现象进行数值分析进而与实验结果进行验证。通过数值模拟得出,随着空气进气压力的增大,同一位置的横截面处的温度分布越来越均匀,并且此时的甲烷和空气由于进气时产生的动量使得空气在甲烷入口处相对静止时间大于其它的位置。在一定的范围内,增加空气的进气压力能够有效的提升火焰的燃烧温度。由于高当量比的情况下火焰稳定性较高,在此选用化学反应当量比为1.2的三种工况的数据分别研究它们的OH的分布,即相同当量比条件下得出的结论如下:OH基的分布部分集中,且右侧的荧光灰度值高于左侧的荧光灰度值。当量比为1.2燃烧的过程中,随着进气速度增加,OH基从最初的层流燃烧逐渐过渡到湍流燃烧的过程。OH基的浓度随进气速度增大而增加,其分布相对密集且荧光灰度值较高,证明燃烧充分。采用Φ=0.5-1.5大范围的当量比来研究火焰温度以及壁面温度、荧光灰度值、OH-PLIF图像高宽比、火焰的主俯视图还有NO_X的浓度变化。即不同当量比条件下得出的结论如下:壁面自冷却现象出现在130-240mm的位置,随着入口当量比和进气雷诺数的增加,冷却效果更加明显。低当量比的层流火焰中,旋流燃烧器中OH基火焰结构具有周期性。旋流燃烧器主燃区平均温度为1200K,内部温度分布呈现曲折上升的趋势并且在旋流燃烧区顶部存在集中热区。随着当量比的增加燃烧器轴线位置温度最大值也随之增加,温度由开始的1187.3K此时的当量比为0.5上升到1207.1K此时的当量比为1,此处的温度最高。OH-PLIF荧光信号平均值归一化随着当量比的增加呈现先上升后下降的趋势。最高值出现在当量比为1的位置并且此时的归一化为0.951,最低值出现在当量比为0.5的位置并且此时的归一化为0.869。在相同当量比的条件下甲烷/空气的进气流量越大OH-PLIF图像的高宽比越小。当甲烷/空气进气流量不变时,三种工况下的OH-PLIF图像的高宽比随着当量比的增加呈现先上升后下降的趋势。当量比在0.5-0.8的范围内,火焰的高度和宽度都随着当量比的增加其长度也随之增加。当量比在0.9-1.1的范围内,火焰的高度以及宽度较之前相比明显减少同时带有高速逆时针方向的旋转速度,在此区域的火焰颜色出现了蓝白色的火焰,证明此时的燃烧状态最佳,火焰温度最高,此时温度达到1200℃,燃料的利用率最高。在各个工况下即空气进气速度不变时,NO_X浓度最高值出现在当量比为0.9附近处。当当量比一定时,空气进气速度越大NO_X浓度越高。